Niveaux dénergie électroniques des atomes - Introduction

Les types de liaisons formées par différents atomes et leurs propriétés caractéristiques dépendent de l'énergie d'ionisation. Le terme ionisation met en évidence la formation d'ions. Commençons d’abord par comprendre brièvement ce que sont les ions. Lorsqu'un atome neutre perd ou gagne un électron, une espèce chargée positivement ou négativement se forme, appelée ion. Lorsqu'un atome perd un électron, un ion chargé positivement se forme, appelé cation. Lorsqu'il gagne un électron, une espèce chargée négativement se forme, appelée anion.

Un exemple de formation d’un cation est donné ci-dessous. Le sodium perd un électron pour former un cation. Le fluor peut gagner un électron pour compléter sa couche de valence. Il en résulte la formation d'un F-.

Il existe une force d'attraction entre l'électron et le noyau. Par conséquent, pour soustraire l’électron à l’influence du noyau, il faut lui fournir de l’énergie. Qu'est-ce que l'énergie d'ionisation ? C'est la quantité d'énergie nécessaire pour soustraire un électron à l'influence du noyau d'un atome isolé à l'état gazeux. Les énergies d'ionisation sont exprimées en électron-volt par atome ou en kj/mol d'atomes.

L'énergie d'ionisation du carbone est montrée ici. Essayons de retirer un électron de l' Cet voyez comment son énergie d'ionisation varie. Le retrait d'un électron d'un neutre Cl'atome prend 1086,2 kj/mol.

Le retrait d'un autre électron de C⁺prend 2352 kj/mol. C’est presque le double de l’énergie nécessaire pour retirer un électron d’un atome de carbone neutre.

Alors, quelle pourrait être la raison derrière l’augmentation de ces énergies d’ionisation alors que nous ne retirons qu’un électron à chaque fois ? Pour répondre à cette question, attribuons d’abord à la suppression du 1er électron un terme connu sous le nom de 1ère énergie d’ionisation. Attribuons à la suppression du 2ème électron le terme « énergie de 2ème ionisation » et à la suppression du 3ème électron le terme « énergie de 3ème ionisation ».

On peut dire que la 3ème énergie d'ionisation est supérieure à la seconde. La deuxième ionisation est plus grande que la première. Comme l’illustre la figure, il y a 6 électrons et 6 protons dans un atome de carbone neutre. Voyons ce qui se passe quand on lui retire des électrons.

Lorsque nous retirons 1 électron de cet atome neutre, il reste 6 protons et 5 électrons. Après le retrait d'un électron supplémentaire de la C⁺il nous reste maintenant 6 protons et 4 électrons.

Que se passe-t-il lorsque nous retirons un autre électron de C⁺²des ions? Cela nous donnera un C⁺³avec 6 protons et 3 électrons. Nous pouvons voir que le nombre de protons est constant à une valeur de 6. Cependant, le nombre d’électrons diminue.

Les 1ère, 2ème et 3ème énergies d’ionisation de l’oxygène et du phosphore sont présentées ici. Comment expliquer ce comportement ? Nous savons qu’un plus grand nombre de protons chargés positivement attirera plus fortement un plus petit nombre d’électrons chargés négativement. Il serait donc beaucoup plus difficile d’éliminer un électron fortement attiré par le noyau. Cela signifie que davantage d’énergie sera nécessaire pour y parvenir.

Un autre facteur qui provoque l’augmentation des énergies d’ionisation successives est l’existence de forces de répulsion entre les électrons. Après le retrait d’un électron, cette force de répulsion est réduite. En conséquence, en raison de la moindre répulsion entre les électrons, ceux-ci sont plus fortement attirés par le noyau. Distance entre les électrons de valence de C⁺est diminué. Par conséquent, la répulsion entre les électrons est également diminuée. Cela signifie qu'en raison du manque de répulsion, plus d'énergie sera nécessaire pour retirer un électron d'un C⁺par rapport à l'atome de carbone neutre.