مستويات الطاقة الإلكترونية للذرات - مقدمة

تعتمد أنواع الروابط التي تشكلها الذرات المختلفة وخصائصها المميزة على طاقة التأين. يسلط مصطلح التأين الضوء على تكوين الأيونات. لذا دعونا أولاً نفهم بشكل مختصر ما هي الأيونات. عندما تفقد الذرة المحايدة إلكترونًا أو تكتسبه، يتكون نوع مشحون بشحنة موجبة أو سالبة يسمى أيون. عندما تفقد الذرة إلكترونًا، يتكون أيون مشحون بشحنة موجبة يُعرف بالكاتيون. عندما يكتسب إلكترونًا، يتكون نوع مشحون سلبيًا يُعرف باسم الأنيون.

فيما يلي مثال على تكوين الكاتيون. يفقد الصوديوم إلكترونًا واحدًا لتكوين كاتيون. يمكن للفلور أن يكتسب إلكترونًا واحدًا لإكمال غلاف التكافؤ الخاص به. ويؤدي هذا إلى تشكيل F-.

هناك قوة جذب بين الإلكترون والنواة. لذلك، من أجل إزالة الإلكترون من تأثير النواة، لا بد من توفير الطاقة. ما هي طاقة التأين؟. هي كمية الطاقة اللازمة لنزع إلكترون من تحت تأثير نواة ذرة معزولة في الحالة الغازية. يتم التعبير عن طاقات التأين بوحدة فولت الإلكترون لكل ذرة أو بوحدة كيلوجول/مول من الذرات.

تظهر هنا طاقة التأين للكربون. دعونا نحاول إزالة إلكترون من Cوانظر كيف تتغير طاقة تأينها. إزالة إلكترون واحد من محايد Cالذرة تأخذ 10862 كيلوجول/مول.

إزالة إلكترون آخر من C⁺يستغرق 2352 كيلوجول/مول. وهذا يعادل تقريبًا ضعف الطاقة اللازمة لإزالة إلكترون من ذرة كربون محايدة.

إذن ما هو السبب وراء ارتفاع طاقات التأين هذه على الرغم من أننا نزيل إلكترونًا واحدًا فقط في كل مرة؟. للإجابة على هذا السؤال دعونا أولاً نسمي إزالة الإلكترون الأول بمصطلح يعرف باسم طاقة التأين الأولى. دعونا نعين إزالة الإلكترون الثاني مصطلح طاقة التأين الثانية وإزالة الإلكترون الثالث مصطلح طاقة التأين الثالثة.

يمكننا القول أن طاقة التأين الثالثة أكبر من الثانية. التأين الثاني أكبر من الأول. كما يوضح الشكل، هناك 6 إلكترونات و6 بروتونات في ذرة الكربون المحايدة. دعونا نرى ماذا يحدث عندما نزيل الإلكترونات منه.

عندما نزيل إلكترونًا واحدًا من هذه الذرة المحايدة، يتبقى 6 بروتونات و5 إلكترونات. بعد إزالة إلكترون واحد آخر من C⁺لدينا الآن 6 بروتونات و 4 إلكترونات متبقية.

ماذا يحدث عندما نزيل إلكترونًا آخر من C⁺²أيون؟. سوف يعطينا C⁺³مع 6 بروتونات و 3 إلكترونات. يمكننا أن نرى أن عدد البروتونات ثابت عند قيمة 6. ومع ذلك فإن عدد الإلكترونات يتناقص.

تظهر هنا طاقات التأين الأولى والثانية والثالثة للأكسجين والفوسفور. كيف يمكننا تفسير هذا السلوك؟. نحن نعلم أن عددًا أكبر من البروتونات المشحونة إيجابيا سوف يجذب عددًا أقل من الإلكترونات المشحونة سلبًا بشكل أقوى. ومن ثم، سيكون من الصعب للغاية إزالة الإلكترون الذي ينجذب بشدة إلى النواة. وهذا يعني أن المزيد من الطاقة ستكون مطلوبة للقيام بذلك.

هناك عامل آخر يسبب ارتفاع طاقات التأين المتعاقبة وهو وجود قوى تنافر بين الإلكترونات. بعد إزالة الإلكترون، يتم تقليل قوة التنافر هذه. ونتيجة لذلك، وبسبب قلة التنافر بين الإلكترونات، فإنها تنجذب إلى النواة بقوة أكبر. المسافة بين إلكترونات التكافؤ C⁺انخفض. وبالتالي تقل أيضًا قوة التنافر بين الإلكترونات. وهذا يعني أنه بسبب عدم وجود تنافر، ستكون هناك حاجة إلى المزيد من الطاقة لإزالة إلكترون من C⁺مقارنة بذرة الكربون المحايدة.