İyonlaşma Enerjisi

Gaz hâlinde bulunan bir atomun en yüksek enerji düzeyinden bir elektron koparmak için verilmesi gereken minimum enerji miktarına iyonlaşma enerjisi adı verilir.

İlk elektron koparılırken verilen enerjiye 1. iyonlaşma enerjisi denir ve

şeklinde gösterilir.

Bir atomdan kaçıncı elektron koparılıyorsa iyonlaşma enerjisi o isimle anılır. iyonundan koparılan elektron ikinci elektrondur. Bunun için verilen enerjiye 2. iyonlaşma enerjisi denir.

 şeklinde gösterilir.
Aşağıda 3. ve 4. iyonlaşma enerjilerinin denklemleri verilmiştir.

Not: Atomdan her elektron koparılmasında atom yarıçapı, elektron sayısı ve kalan elektronlar arasındaki itme gücü azalırken birim başına düşen çekim kuvveti artar. Sonuç olarak, kalan elektronlar çekirdek tarafından daha fazla çekildiğinden iyonlaşma enerjileri artar.

Not: Aynı elementin bir sonraki iyonlaşma enerjisi daima daha büyüktür.

Aynı elemente ait iki iyonlaşma enerjisi arasında en az 3,5 katlık bir artış gerçekleşmesi, elementin son yörüngesindeki elektronların tükendiğini gösterir. Bu özellikten yola çıkılarak iyonlaşma enerjileri verilen elementlerin bulunduğu gruplar belirlenebilir.

Üç elektron koparıldıktan sonra anormal bir artış gerçekleştiğinden elementin üç tane değerlik elektronunun olduğu anlaşılır. Bu da elementin 3A grubunda olduğunu gösterir.

Atom çapıyla iyonlaşma enerjisinin değeri genellikle ters orantılıdır. Aynı grupta bulunan elementlerde aşağıya doğru gidildiğinde atom çapı artacağından iyonlaşma enerjisi azalır.

 elementleri 1A grubunda yer alan ilk üç elementtir. Bu elementlerin 1. iyonlaşma enerjilerinin değeri ,

şeklindedir.

Aynı periyotta ise değerlik elektron sayısı arttıkça elementlerin ametalik özellikleri artacağından elektron alarak soy gaza benzeme istekleri artacaktır. Bunun sonucunda İyonlaşma enerjisi soldan sağa doğru gidildikçe genellikle artar. Genellikle denilmesi aynı periyotta bulunan küresel simetriye sahip olan elementlerin istisnai durumlarından kaynaklanır.

Aynı periyottaki A grubu elementlerinden 1A, 2A, SA ve 8A grubunda bulunan elementler küresel simetriye sahip olan elementlerdir. Küresel simetri elementlere kararlılık kazandıran bir özellik olduğundan bu elementlerin iyonlaşma enerjileri komşu grubundaki elementten daha büyüktür.

Bu nedenle aynı periyotta iyonlaşma enerjilerinin sıralanışı

şeklinde değişir. Küresel simetrik olan SA grubu 6A’dan 2A grubu ise 3A’dan daha yüksek iyonlaşma enerjisine sahiptir.

Çözümlü Örnek Sorular

Soru 1:

Lityum (Li), Berilyum (Be) ve Bor (B) elementlerinin iyonlaşma enerjilerini karşılaştırınız.

Çözüm:
Bu elementler periyodik tablonun aynı periyodunda (2. periyot) bulunur. Periyodik tabloda soldan sağa doğru gidildikçe iyonlaşma enerjisi artar. Yani, proton sayısı arttıkça çekirdek elektronları daha güçlü çeker ve iyonlaşma enerjisi artar.

Sonuç: Li < Be < B şeklinde sıralanabilir.

Soru 2:

Aşağıdaki elementlerin iyonlaşma enerjilerini karşılaştırın: Sodyum (Na), Potasyum (K), ve Lityum (Li).

Çözüm:
Bu elementler aynı grupta (1A grubu) yer alır. Aynı grupta yukarıdan aşağıya gidildikçe atom yarıçapı artar, dolayısıyla iyonlaşma enerjisi azalır. Lityum en küçük atom yarıçapına sahip olduğu için iyonlaşma enerjisi en yüksektir, potasyum ise en büyüktür ve iyonlaşma enerjisi en düşüktür.

Sonuç: Li > Na > K şeklinde sıralanır.

Soru 3:

Neon (Ne) ve flor (F) elementlerinin iyonlaşma enerjilerini karşılaştırınız.

Çözüm:
Neon, soygazlar arasında yer aldığı için en kararlı elementlerden biridir. Kararlı elektron diziliminden dolayı iyonlaşma enerjisi çok yüksektir. Flor, neonun solunda yer alır ve daha reaktif bir elementtir. Bu nedenle, florun iyonlaşma enerjisi neondan düşüktür.

Sonuç: Ne > F şeklinde sıralanır.

Soru 4:

Birinci ve ikinci iyonlaşma enerjileri arasındaki farkı açıklayın. Neden ikinci iyonlaşma enerjisi genellikle birinci iyonlaşma enerjisinden daha yüksektir?

Çözüm:
Birinci iyonlaşma enerjisi, nötr bir atomdan bir elektron koparmak için gerekli olan enerjidir. İkinci iyonlaşma enerjisi ise, birinci elektronu kopardıktan sonra geriye kalan pozitif yüklü iyondan bir elektron daha koparmak için gereken enerjidir. Elektron kaybettikçe atom daha pozitif yüklü hale gelir ve çekirdek elektronları daha güçlü çeker, bu nedenle ikinci iyonlaşma enerjisi genellikle birinci iyonlaşma enerjisinden daha yüksektir.

Sonuç: İkinci iyonlaşma enerjisi genellikle daha yüksektir.

Soru 5:

Periyodik tabloda 1A grubundaki elementler neden düşük iyonlaşma enerjilerine sahiptir?

Çözüm:
1A grubu elementleri (alkali metaller), periyodik tablonun sol tarafında yer alır ve büyük atom yarıçapına sahiptirler. Ayrıca, bu elementlerin en dış yörüngelerinde sadece bir elektron bulunur ve bu elektron, çekirdeğe göre daha uzakta olduğu için koparılması daha kolaydır. Bu nedenle, 1A grubu elementlerinin iyonlaşma enerjileri düşüktür.

Sonuç: 1A grubu elementleri düşük iyonlaşma enerjisine sahiptir çünkü atom yarıçapları büyüktür ve dış elektronları kolayca koparılabilir.

Özet Bilgi:

İyonlaşma enerjisi, bir atomun en dış yörüngesindeki (valans yörüngesi) bir elektronu kopararak, o atomu pozitif yüklü bir iyon haline getirmek için gerekli olan minimum enerji miktarıdır. Elektronun atomdan uzaklaştırılması, çekirdekteki pozitif protonların elektron üzerinde uyguladığı çekim kuvvetini yenmek anlamına gelir, bu yüzden bu işlem belirli bir enerji gerektirir.

İyonlaşma Enerjisinin Periyodik Tabloya Göre Değişimi

Periyodik tabloda elementlerin yerlerine göre iyonlaşma enerjisi değişir. Genel eğilimler şu şekildedir:

• Soldan Sağa (Bir Periyotta): Periyodik tablonun solundan sağına doğru gidildikçe iyonlaşma enerjisi artar. Bunun nedeni, atom numarası arttıkça çekirdek yükünün de artmasıdır. Elektronlar çekirdeğe daha sıkı çekildiği için, onları atomdan koparmak zorlaşır ve daha fazla enerji gerekir.
• Yukarıdan Aşağıya (Bir Grupta): Bir grupta yukarıdan aşağıya doğru inildikçe iyonlaşma enerjisi azalır. Bunun nedeni, atom yarıçapının büyümesiyle birlikte dış elektronların çekirdekten uzaklaşması ve çekim kuvvetinin zayıflamasıdır. Bu durumda, elektronları koparmak için daha az enerji gerekir.