พลังงานไอออไนเซชัน

พลังงานไอออไนเซชัน(ionization energy)

ความหมาย           พลังงานไอออไนเซชัน คือ พลังงานที่ให้แก่อะตอม เพื่อให้อะตอมในสถานะแก๊สกลายเป็นไอออนบวกและยังเป็นการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมนั้นด้วย Li(g) Li+(g) + e-                - ธาตุที่มีอิเล็กตรอน 1 ตัว คือ ธาตุไฮโดรเจน(H) H(g) H+(g) + e-               IE=1,318 kJ/mol                   ธาตุไฮโดรเจนมีพลังงานไอออไนเซชันเท่ากับ 1,318 กิโลจูลต่อโมล แสดงว่าเราต้องให้พลังงานแก่ธาตุไฮโดรเจน 1,318  กิโลจูลต่อโมล จึงจะทำให้อิเล็กตรอนหลุดออกมา                                - ธาตุที่มีอิเล็กตรอนมากกว่า 1 ตัว เช่น ธาตุลิเทียม(Li)                                         Li(g) Li+(g) + e-               IE1 = 520 kJ/mol                                         Li+(g) Li2+(g) + e-            IE2 = 7,394 kJ/mol                                         Li2+(g) Li3+(g) + e-           IE3 = 11,815 kJ/mol                      จากการสังเกตจากค่าพลังงานไอออไนเซชันจะพบว่า IE1 คือ พลังงานที่ให้แก่อะตอมเพื่อดึงอิเล็กตรอนที่อยู่วงนอกสุด(เวเลนซ์ อิเล็กตรอน) มีค่าน้อยที่สุด เพราะอิเล็กตรอนที่อยู่ห่างจากนิวเคลียสหลุดออกได้ง่าย ไม่ต้องใช้พลังงานมากเพราะได้รับแรงดึงดูดจากนิวเคลียสน้อย แต่อิเล็กตรอนที่อยู่ใกล้นิวเคลียสจะถูกดึงดูดไว้เราต้องใช้พลังงานมาก เพื่อที่จะทำให้อิเล็กตรอนนั้นหลุดออกมา ดังนั้นค่า IE3 จึงมีค่ามากที่สุด      แนวโน้มพลังงานไอออไนเซชันของธาตุต่าง ๆ ในตารางธาตุ           - ธาตุในหมู่เดียวกัน พลังงานไอออไนเซชันลดลงจากบนลงล่าง เพราะระยะห่างระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนเพิ่มขึ้น ทำให้แรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนลดลง อิเล็กตรอนจึงหลุดจากอะตอมได้ง่าย เช่น ธาตุในหมู่ IA พลังงานไอออไนเซชัน Li > Na > K > Rb > Cs > Fr           - ธาตุในคาบเดียวกัน พลังงานไอออไนเซชันเพิ่มขึ้นจากซ้ายไปขวา เพราะค่าประจุนิวเคลียสสุทธิมากขึ้น อะตอมขนาดเล็ก จึงมีแรงดึงดูดระหว่างนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนมากขึ้น ทำให้อิเล็กตรอนหลุดยาก จึงต้องใช้พลังงานสูงในการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอม ยกเว้นอะตอมของธาตุหมู่ 2 จะสูงกว่า หมู่ 3 และ หมู่ 5 จะสูงกว่า หมู่ 6 เพราะเกิดจากการจัดเรียงอิเล็กตรอนที่เสถียรต่างกัน      เช่น ธาตุในคาบที่ 2 พลังงานไอออไนเซชัน Li < Be < B < C < N < O < F                     ข้อสรุปเกี่ยวกับค่า IE 1.   การดึงอิเล็กตรอนให้หลุดจากอะตอม จะดึงได้ในภาวะก๊าซเท่านั้น 2.   การดึงอิเล็กตรอนให้หลุดจากอะตอมในระดับพลังงานสูง จะหลุดจากอะตอมได้ง่ายที่สุด เพราะอิเล็กตรอนอยู่ห่างไกลจากนิวเคลียสมาก แรงดึงดูดของนิวเคลียสที่ส่งมาดึงดูดอิเล็กตรอนมีน้อย 3.   การดึงอิเล็กตรอนข้ามระดับพลังงาน จะต้องใช้พลังงานสูงเป็นพิเศษ เพราะอิเล็กตรอนอยู่ใกล้นิวเคลียสมากขึ้น 4.   ค่า IE สามารถบอกได้ว่าธาตุนั้นอยู่หมู่ใด ดังเช่น ธาตุ A มีค่า IE ดังนี้           5       9        13      21       72        89        ธาตุนี้อยู่หมู่ที่…………. ธาตุ B มีค่า IE ดังนี้         740      1,500     7,500     9,900     11,000    ธาตุนี้อยู่หมู่ที่…………. 5.   ผลต่างของพลังงาน IE เฉลี่ยของแต่ละระดับพลังงาน ทำให้ทราบว่า ระดับพลังงานวงในจะอยู่ห่างกันมากส่วนระดับพลังงานวงนอกจะอยู่ชิดกันมาก เช่น ค่า IE ของ Mg เป็น 0.744     1.457     7.739     10.547      13.636        18.001         21.710       25.663         31.650         35.469          170.03           187.399 6.   ถ้าเปรียบเทียบค่า IE ของธาตุต่างชนิดกัน ให้พิจารณาจาก ถ้าดึงอิเล็กตรอนต่างระดับพลังงานกัน อิเล็กตรอนที่อยู่ระดับพลังงานสูง (วงนอก) จะดึงง่ายกว่าอิเล็กตรอนที่อยู่ในระดับระดับพลังงานต่ำ (วงใน) ถ้าดึงอิเล็กตรอนในระดับพลังงานเดียวกัน  ให้พิจารณาจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส ถ้ามีโปรตอนในนิวเคลียสมากกว่า พลังงาน IE ก็จะใช้มากกว่าด้วย (ยกเว้นในบางกรณ๊ที่มีการจัดเรียงอิเล็กตรอนในอะตอมที่เสถียร) เช่น  จงหาค่า IE ลำดับที่ 3 ของธาตุต่อไปนี้    11A         12B          13C          14D      แบบฝึกหัด 1. พลังงานไอออนไนเซชันของธาตุ A   B   C  และ  D  เป็นดังนี้                ธาตุ พลังงานไอออนไนเซชัน (kJ/mol) ลำดับที่ 1 2 3 4 A B C D 500 740 900 580 4600 1500 1800 1800 6900 7700 14800 2700 9500 10500 21000 11600 จงพิจารณาข้อมูลในตารางและตอบคำถามต่อไปนี้                ก.ธาตุใดมีแนวโน้มสูงสุดที่จะเกิดเป็นไอออนซึ่งมีประจุ   +1                ข. ธาตุใดน่าจะมีจำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนเท่ากัน 2.  ธาตุ X มีค่าพลังงานไอออไนเซซัน  IE1   -  IE6    ดังนี้ 1.093     2.359     4.627     6.229     37.838   47.285   kJ จงเขียนสมการแสดงการใช้พลังงานไอออไนเซซันในการดึงอิเล็กตรอนออกจากอะตอมของธาตุ X จนเป็น  X+6  และธาตุ X อยู่หมู่และคาบใดในตารางธาตุ 3.  กำหนดให้ ธาตุ Z มีค่า IE ดังนี้    1.3       3.4          5.3          7.5          10.9       13.3       71.3       84.1 จงตอบคำถามต่อไปนี้ -            Z ควรเป็นธาตุในหมู่ใด……………………………………………………………………. -            ถ้าต้องการให้อิเล็กตรอนหลุด 2 อิเล็กตรอน จะต้องใช้พลังงานอย่างน้อยเท่าใด ……………………………………………………………………………………………. -            ถ้าทำให้อิเล็กตรอนหลุดตัวแรก จะต้องหลุดในระดับพลังงานใด และใช้ค่า IE ลำดับที่เท่าใด ……………………………………………………………………………………………. 4.  จงเขียนเครื่องหมาย    หน้าข้อความที่ถูกต้อง  เละใส่เครื่องหมาย    หน้าข้อความที่ผิด ………..1)   โซเดียมมีค่า IE1  ( 494  kJ mol -1)  มีค่าน้อยกว่าลิเทียม (519  kJ mol -1 ) เพราะอิเล็กตรอนในระดับพลังงานนอกสุดของโซเดียมอยู่ไกลนิวเคลียสมากกว่าของลิเทียม ……….2)  ธาตุโลหะจะมีพลังงานไอออไนเซชันดับที่  1  ต่ำกว่าธาตุอโลหะ ……….3)  จำนวนค่าพลังงานไอออไนเซชันของธาตุเท่ากับธาตุอะตอมของธาตุนั้น ……….4) โพแทสเซียมมีค่าพลังงานไอออไนเซชันลำดับที่  1  สูงกว่าโซเดียม ……….5)  พลังงานไอออไนเซชัน  IE1  ,  IE2  ,  และ  IE3  ของ  73X  เท่ากับ  0.50  ,  7.30  และ  11.80  MJ mol -1  ตามลำดับ  ถ้าต้องการทำให้เกิด  73X3+   (g)  จะต้องใช้พลังงาน 11.80  MJ mol -1 ……….6)  X3+  (g)   +   IEn                                     X4+  (g)   +    e -   ,    n=4