Joniseringsenergi (IE) är den minsta mängden energi som krävs för att ta bort en elektron från en atom eller molekyl i dess gasformiga tillstånd. Så här kan du närma dig att beräkna det:
1. Experimentella metoder:
* Fotoelektronspektroskopi (PES): Denna teknik mäter direkt joniseringsenergierna hos olika elektroner i en atom. Det handlar om att bombardera provet med fotoner med känd energi och analysera den kinetiska energin hos de utkastade elektronerna. Skillnaden mellan fotonenergin och den elektronkinetiska energin ger dig joniseringsenergin.
* Electron Impact Spectroscopy: I denna metod används en stråle av elektroner för att bombardera provet. Elektronernas energiförlust vid kollision avslöjar provets joniseringsenergier.
2. Teoretiska beräkningar:
* Kvantkemi -metoder:
* HARTREE-FOCK: Denna metod använder en ungefärlig lösning på Schrodinger -ekvationen för att bestämma den elektroniska strukturen hos en atom eller molekyl. Joniseringsenergin kan sedan beräknas som skillnaden i energi mellan det neutrala och det joniserade tillståndet.
* Densitetsfunktionsteori (DFT): Denna metod fokuserar på elektrondensiteten snarare än vågfunktionen och erbjuder ett mer beräkningseffektivt tillvägagångssätt för att beräkna joniseringsenergin.
* kopplad klusterteori: Denna mycket exakta metod ger mycket exakta förutsägelser om joniseringsenergier för mindre system.
3. Empiriska formler:
* Koopmans 'sats: Denna enkla teorem säger att joniseringsenergin är lika med den negativa av den högst ockuperade molekylära orbitalenergin (HOMO) som beräknas med Hartree-Fock-teorin. Detta ger en snabb uppskattning men kan vara mindre exakt för större molekyler.
4. Periodiska trender:
* jonisering Energitrender: Du kan förutsäga de relativa joniseringsenergierna hos element med periodiska trender.
* över en period: Joniseringsenergi ökar i allmänhet när du flyttar från vänster till höger över en period. Detta beror på att den effektiva kärnkraften ökar och lockar elektroner starkare.
* ner en grupp: Joniseringsenergi minskar i allmänhet när du flyttar ner en grupp. Detta beror på att de yttre elektronerna är längre från kärnan och upplever svagare attraktion.
Viktiga punkter:
* Joniseringsenergi är alltid ett positivt värde, eftersom energi krävs för att ta bort en elektron.
* Ju högre joniseringsenergi, desto svårare är det att ta bort en elektron från atomen eller molekylen.
* Joniseringsenergier kan kategoriseras ytterligare som första, andra, tredje och så vidare, beroende på antalet elektroner som har tagits bort.
Exempel:
För att beräkna den första joniseringsenergin i väte (H) måste du bestämma den energi som krävs för att ta bort en elektron från en väteatom i dess gasformiga tillstånd.
* Experimentellt kan du använda PES eller elektronpåverkningsspektroskopi för att mäta den energi som krävs för att ta bort elektronen.
* Teoretiskt kan du använda kvantkemi-metoder som Hartree-Fock eller DFT för att beräkna energiskillnaden mellan den neutrala väteatomen (1S1) och den joniserade vätejonen (1S0).
Sammanfattningsvis involverar beräkning av joniseringsenergi experimentella tekniker, teoretiska beräkningar, empiriska formler och förståelse av periodiska trender. Den valda metoden beror på önskad noggrannhet och komplexiteten i systemet.
