Hvordan beregner du ioniseringsenergi?

Beregning af ioniseringsenergi:

Ioniseringsenergi (dvs.) er den minimale mængde energi, der kræves for at fjerne et elektron fra et atom eller molekyle i dens gasformige tilstand. Sådan kan du nærme dig beregning af det:

1. Eksperimentelle metoder:

* fotoelektronspektroskopi (PES): Denne teknik måler direkte ioniseringsenergierne for forskellige elektroner i et atom. Det involverer bombardering af prøven med fotoner af kendt energi og analyse af de kinetiske energi fra de udsendte elektroner. Forskellen mellem fotonenergien og den elektroniske kinetiske energi giver dig ioniseringsenergien.

* elektronpåvirkningsspektroskopi: I denne metode bruges en stråle af elektroner til at bombardere prøven. Energitabet af elektronerne ved kollision afslører prøvens ioniseringsenergier.

2. Teoretiske beregninger:

* Kvantekemi Metoder:

* hartree-fock: Denne metode bruger en omtrentlig løsning på Schrodinger -ligningen til at bestemme den elektroniske struktur af et atom eller molekyle. Ioniseringsenergien kan derefter beregnes som forskellen i energi mellem den neutrale og den ioniserede tilstand.

* Density Functional Theory (DFT): Denne metode fokuserer på elektrondensiteten snarere end bølgefunktionen og tilbyder en mere beregningseffektiv tilgang til at beregne ioniseringsenergien.

* koblet klyngeteori: Denne meget nøjagtige metode giver meget præcise forudsigelser af ioniseringsenergier til mindre systemer.

3. Empiriske formler:

* Koopmans 'sætning: Dette enkle sætning siger, at ioniseringsenergien er lig med det negative af den højeste besatte molekylære orbital (HOMO) energi beregnet ved hjælp af Hartree-Fock-teorien. Dette giver en hurtig estimering, men kan være mindre nøjagtig for større molekyler.

4. Periodiske tendenser:

* ionisering Energitendenser: Du kan forudsige de relative ioniseringsenergier af elementer ved hjælp af periodiske tendenser.

* på tværs af en periode: Ioniseringsenergi øges generelt, når du bevæger dig fra venstre mod højre over en periode. Dette skyldes, at den effektive atomafgift øges og tiltrækker elektroner stærkere.

* ned en gruppe: Ioniseringsenergi falder generelt, når du bevæger dig ned ad en gruppe. Dette skyldes, at de ydre elektroner er længere væk fra kernen og oplever svagere tiltrækning.

Vigtige punkter:

* Ioniseringsenergi er altid en positiv værdi, da energi kræves for at fjerne et elektron.

* Jo højere ioniseringsenergi er, desto vanskeligere er det at fjerne et elektron fra atomet eller molekylet.

* Ioniseringsenergier kan yderligere kategoriseres som første, anden, tredje og så videre, afhængigt af antallet af fjernede elektroner.

Eksempel:

For at beregne den første ioniseringsenergi af brint (H) skal du bestemme den energi, der kræves for at fjerne et elektron fra et brintatom i dens gasformige tilstand.

* Eksperimentelt kan du bruge PES eller elektronpåvirkningsspektroskopi til at måle den krævede energi for at fjerne elektronet.

* Teoretisk set kan du bruge kvantekemi-metoder som Hartree-Fock eller DFT til at beregne energiforskellen mellem det neutrale hydrogenatom (1S1) og den ioniserede hydrogenion (1S0).

Sammenfattende involverer beregning af ioniseringsenergi eksperimentelle teknikker, teoretiske beregninger, empiriske formler og forståelse af periodiske tendenser. Den specifikke metode, der er valgt, afhænger af den ønskede nøjagtighed og kompleksiteten af ​​systemet.