معلومات عن طاقة التأين
تُعبر طاقة التأين عن كمية الطاقة التي يجب أن تمتصها ذرة متعادلة معزولة في الحالة الغازية لتحرير الإلكترون الأقل ارتباطا، مما يؤدي إلى الكاتيون، وتعتبر هذه الطاقة ذات أهمية كبيرة في ا لكيمياء الفيزيائية كونها مقياس لمقدار إذعان الذرة لفقد الإلكترونات، أو بمعنى آخر القوة التي يتم بها تثبيت الإلكترون، وفيما يأتي معلومات عن طاقة التأين:
طاقات التأين الأولى والثانية والثالثة
طاقة التأين الأولى تعني الطاقة المطلوبة لإزالة إلكترون من ذرة محايدة، أما طاقة التأين الثانية الطاقة المطلوبة لإزالة إلكترون من ذرة (كاتيون) شحنتها 1، وطاقة التأين الثالثة هي الطاقة المطلوبة لازالة إلكترون من ذرة شحنتها 2.
ومن الجدير بالذكر أن كل طاقة تأين لاحقة تحتاج إلى طاقة أكبر من السابقة، لذلك فإن طاقة التأين الثالثة أكبر من الثانية، والثانية أكبر من الأولى،
فعلى سبيل المثال ذرة السيليكون (S) لها طاقة تأين أولى بمقدار 999 كيلو جول/ مول، بينما طاقة التأين السابعة للسيليكون هي 11,000 كيلو جول/ مول.
العوامل التي تحدد طاقة التأين للذرات
تتأثر قيم طاقة التأين بـ 4 خصائص ذرية مترابطة وهي ما يأتي:
كما ذكرنا سابقاً الزيادة في شحنة الذرة تتطلب قوة تأين أكبر بسبب زيادة جذب النواة للإلكترونات.
- مستويات الطاقة (s، p، d، f)
يُقصد به مستوى الطاقة الموجود فيه الإلكترون المراد نزعه، فالكترونات الموجودة في المستوى الأقل طاقة وهو المستوى (s) تحتاج إلى طاقة تأين اكبر من الإلكترونات الموجودة في المستوى الأعلى طاقة وهو مستوى (f).
تؤدي الزيادة في عدد الإلكترونات في الأصداف بين النواة وقشرة التكافؤ إلى زيادة في مدى حماية الإلكترونات الخارجية من النواة وبالتالي انخفاض في طاقة التأين.
تعتمد طاقة التأيُّن الأولى على خواص فيزيائية، مثل حجم الذرة (نصف القطر الذري)، بشكل عام، فكلما كان الإلكترون بعيدًا عن البروتونات نواة الذرة، كان من الأسهل تحريره لأن قوة الجذب تقل مع زيادة المسافة بين الجسيمات متعاكسة الشحنة، وبناء على ذلك فإن طاقة التأين هي دالة لنصف القطر الذري، أي كلما زاد نصف القطر الخاص بالذرة، تقل كمية الطاقة المطلوبة لطرد الإلكترون الأخير من مدراه.
على سبيل المثال طاقة التأين بالنسبة لذرة الكالسيوم (Ca) أقل من طاقة التأين لذرة الكلور (Cl) لأن ذرة الكالسيوم أكبر من ذرة الكلور.
الجدول الدوري واتجاه طاقات التأين
فيما يأتي بعض الملاحظات المتعلقة بالجدول الدوري وعلاقته مع طاقة التأين:
- تقل طاقة التأين عموماً عند الانتقال من اليمين إلى اليسار في الجدول الدوري، بسبب زيادة نصف القطر الذري.
- تزداد طاقة التأين من اليسار إلى اليمين في الفترات والمجموعات، ويوجد استثناءات من هذا الاتجاه بالنسبة للمجموعة الثانية وعناصر مجموعة النيتروجين (المجموعة 15) وعادةً ما تحتوي عناصر المجموعة الثانية على طاقة تأين أكبر من عناصر المجموعة 13، بينما تحتوي عناصر المجموعة 15 على طاقة تأين أكبر من عناصر المجموعة 16.
- تزداد قيم طاقة التأين عمومًا كلما تحرَّكنا لأعلى في أي مجموعة من الجدول الدوري، لأن الذرات تصبح أصغر كلما تحرَّكنا لأعلى في أي مجموعة في الجدول الدوري، وعناصر الغازات النبيلة لديها طاقة تأيُّن أولى أعلى من العناصر الأخرى بالدورة نفسها.
الروابط الكيميائية وطاقة التأين
يُحدد اختلاف الكهروسلبية أو طاقات التأين بين عنصرين متفاعلين مصير نوع الرابطة بينهما، وعلى سبيل المثال هناك فرق كبير في طاقات التأين والقدرة الكهروسلبية بين Na و Cl، لذلك يزيل الصوديوم الإلكترون تمامًا من مداره الخارجي ويقبل الكلور الإلكترون تمامًا ونتيجة لذلك لدينا رابطة أيونية.
ومع ذلك في الحالات التي لا يوجد فيها اختلاف في الكهروسلبية ينتج عن مشاركة الإلكترونات رابطة تساهمية، على سبيل المثال تبلغ قيمة الكهروسلبية للهيدروجين 2.1 وسيؤدي الجمع بين ذرتين من الهيدروجين إلى تكوين رابطة تساهمية (عن طريق مشاركة الإلكترونات)، ومزيج الهيدروجين والكلور قيمة الكهروسلبية تساوي 3.96 سينتج رابطة تساهمية قطبية لأن لديهم اختلافات صغيرة بين قيم الكهرسلبية.
