Първа и втора йонизационна енергия

В предишните видеа говорихме само за първата йонизационна енергия. В това видео ще сравним първата и втората йонизационна енергия и ще използваме лития за пример. От предишното видео вече знаем, че литият има атомно число 3, така че в ядрото има три протона. В един неутрален литиев атом броят електрони е равен на броя протони, така че знаем, че литият има 3 електрона. Електронната конфигурация е 1s2 2s1. Имаме два електрона в 1s орбиталата. Можем да поставим тези два електрона в 1s орбиталата ето така. И после имаме още един електрон, и този електрон ще влезе в 2s орбиталата. И това ще е доста проста картинка на неутралния литиев атом. Ако приложим достатъчно енергия, можем да премахнем този външен електрон. Можем да издърпаме този електрон и наричаме това първата йонизационна енергия. И за да издърпаме този електрон, са нужни приблизително 520 килоджаула на мол. И след като сме отстранили този електрон, сега вече нямаме неутрален литиев атом. Ще имаме литиев йон, понеже все още имаме три положителни заряда в ядрото, но сега имаме само два отрицателни заряда. Имаме само два електрона, понеже единият е бил премахнат. 3 - 2 ни дава +1. Това е литиев катион +1. И електронната конфигурация ще е 1s2, понеже изгубихме електрона от 2s орбиталата. И можем да продължим. Можем да приложим още малко енергия и да издърпаме друг електрон. Да кажем, че издърпаме този електрон този път. Премахваме втори електрон. И сега няма да наричаме това йонизационна енергия 1. Следователно ще наричаме това йонизационна енергия 2, понеже тя е нужна, за да премахнем втория електрон. И тази стойност се оказва приблизително 7298 килоджаула на мол. Ако премахнем този втори електрон, отново ще имаме три положителни заряда в ядрото, но сега имаме само един отрицателен заряд. Вече има само един електрон, така че това вече не е литиев +1 катион. Това е литиев +2 катион, понеже 3 - 1 е +2. Така че това тук е литий +2 и електронната конфигурация ще е – само един електрон в 1s орбитала, тоест 1s1. Можем да видим, че има голяма разлика между първата йонизационна енергия и втората йонизационна енергия – 520 срещу 7298. Да видим дали можем да обясним причината за тази изключително голяма разлика в йонизационните енергии. Ще използваме трите фактора, за които говорихме в предишните видеа. Първият фактор, който обсъдихме, беше ядрен заряд. Той се отнася за броя протони в ядрото. Неутралният литиев атом има три положителни заряда в ядрото. Този положителен заряд ще привлече този електрон тук в пурпурно. И ако разгледаме литиевия +1 катион, ситуацията е подобна. Все още имаме три протона в ядрото, така че положителният заряд също ще привлече този електрон. И понеже броят протони е същият, трябва да помислим за ефективния ядрен заряд, а не за колко протона има в ядрото. И преди да направим това, трябва да помислим за ефекта на електронното екраниране. Нека поговорим за електронното екраниране. Електронното екраниране, когато помислим за него, мислим за електроните от вътрешната орбитала. Като се върнем към неутралния литиев атом, тези два електрона във вътрешния слой ще отблъснат този външен електрон. Той ще отблъсне и този. И можем да си представим, че те екранират този електрон в пурпурно от силата на привличане на +3 заряда на ядрото, понеже електроните отблъскват други електрони. И начинът, по който изчисляваме ефекта на ядрения заряд – правили сме това в предишни видеа – простият начин да изчислим ефективния ядрен заряд е да вземем броя протони, тоест +3, и от това да извадим броя екраниращи електрони. В този случай това ще са тези два електрона в 1s орбиталата. 3 - 2 ни дава ефективен ядрен заряд от +1. И електронът в пурпурно не изпитва ядрен заряд от +3. Той изпитва само ефективен ядрен заряд, близък до +1, понеже реалната стойност е приблизително 1,3, когато направиш по-сложното изчисление. И ефектът на електронното екраниране е да намали цялостния ядрен заряд, който този електрон в пурпурно изпитва. И когато се придвижим насам до този електрон, говоря за електрона в пурпурно, за литиевия +1 катион, това не е същата ситуация. Няма много електронно екраниране. Този електрон тук може да го отблъсне малко, но няма електрони във вътрешния слой, които да отблъснат този електрон в пурпурно. И поради това електронът в пурпурно ще усети този +3 заряд, много по-голяма част от пълния +3 заряд на ядрото. И следователно ще има много по-голяма сила на привличане, която задържа този електрон в пурпурно към това ядро. И следователно трябва да приложиш повече енергия, за да издърпаш този електрон. Ефектът на електронното екраниране ти казва, че вторият електрон е много по-трудно да бъде премахнат, отколкото първия. Затова виждаме това голямо увеличение в йонизационната енергия от първата йонизационна енергия до втората йонизационна енергия. Последният фактор, за който говорихме, беше разстояние. Разстоянието на тези електрони в пурпурно от ядрото. Вляво отново се връщам до неутралния литиев атом, този електрон е във второто енергийно ниво. Той е по-отдалечен от този електрон. Този електрон е в първото енергийно ниво, в 1s2, така че разстоянието тук е по-малко от разстоянието вляво. След като разстоянието е по-малко, този електрон в пурпурно изпитва повече сила на привличане от ядрото. Отново, това е законът на Кулон. И следователно има увеличена сила на привличане. Следователно е нужна повече енергия, за да се премахне този електрон. Нужна е много повече енергия, за да се премахне вторият електрон, отколкото първия. Ето защо виждаме увеличение в йонизационната енергия. Разстоянието, фактът, че този електрон е по-близо, означава, че е нужна повече енергия, за да бъде премахнат, а това е друга причина втората йонизационна енергия да е толкова по-голяма от първата. Така че е нужна много повече енергия, за да се премахне вторият електрон. И това обяснява защо виждаме литият да създава +1 катион, понеже не е нужна толкова много енергия, за да се премахне един електрон, колкото е нужна, за да се премахнат два електрона, за да се създаде литий 2+. И това е един начин да кажем какъв вид йон ще се създаде. Гледаш йонизационните енергии и когато видиш голям скок, това ти подсказва кои йони могат най-лесно да бъдат създадени.