אנרגיית יינון

אנרגיית יינון של יסוד היא האנרגיה הדרושה על מנת להוציא אלקטרון מהאטום של היסוד.

האלקטרון באטום קשור אל הגרעין על ידי כוח משיכה חשמלית בין מטענים הפוכים (הגרעין חיובי והאלקטרון שלילי) ועל כן אם ברצוננו ליצור יון מהאטום הניטראלי, עלינו להשקיע אנרגיה כדי להתגבר על כוח משיכה זה.

היות וליסודות יש מספר אלקטרונים (חוץ ממימן שיש לו רק אחד) מגדירים אנרגיית היינון ראשונה לאנרגיה הדרושה להוצאת האלקטרון הראשון מהאטום. אלקטרון זה הוא אחד האלקטרונים שברמת האנרגיה הגבוהה ביותר כלומר אחד מאלקטרוני הערכיות של היסוד.

להלן תיאור ברמת הסמל של תהליך היינון של אטום בריליום: 

                                                               Be + אנרגיה  →  Be+ + e

משמעות הניסוח היא: אטום של בריליום מקבל אנרגיה והופך ליון של בריליום עם מטען 1+ ואלקטרון (שנפלט מהאטום). נהוג לסמן את אנרגיית היינון הראשונה כך: EI.

בסרטון נראה הסברים נוספים בעזרת תיאור דיאגרמות של רמות אנרגיה.

העשרה:  אנרגיית יינון שנייה, שלישית וכו’ של יסוד היא האנרגיה הדרושה להוצאת האלקטרון השני, שלישי וכו’ מהאטום. להלן ניסוח תהליך יינון המכיל את אנרגיית היינון השנייה של בריליום:

                                                                                     –Be+ + EII  →  Be2+ + e

גורמים המשפיעים על אנרגיית היינון

אנו מעוניינים לדעת אילו גורמים משפיעים על אנרגיית היינון של יסוד וכך להשוות בין יסודות שונים לפי מיקומם בטבלה המחזורית.
יש שני גורמים עיקריים: מטען הגרעין ורמת האנרגיה הגבוהה ביותר המאוכלסת:

  1. מטען הגרעין

ככל שמטען הגרעין גדל, אנרגיית היינון של היסוד גדלה מכיוון שכוח המשיכה של האלקטרון אל הגרעין גדל על פי חוק קולון ולכן נדרשת יותר אנרגיה על מנת להוציא את האלקטרון מהאטום.

  1. רמת האנרגיה הגבוהה ביותר המאוכלסת

ככל שרמת האנרגיה הגבוהה ביותר המאוכלס גדלה, אנרגיית היינון קטנה.
כפי שלמדנו, ככל שרמת אנרגיה גבוהה יותר הסיכוי למצוא את האלקטרון רחוק מהגרעין גדל. מסיבה זו, המרחק בין האלקטרון לגרעין גדל ולכן על פי חוק קולון כוח המשיכה לגרעין קטן ולכן נדרשת פחות אנרגיה להוצאת האלקטרון מהאטום. 

בסרטון ניתן להבין טוב יותר את השפעת הגורמים מטען הגרעין ורמת האנרגיה על אנרגיית היינון בעזרת דיאגרמות אנרגיה ואנימציות.

תלות אנרגיית היינון במיקום היסוד בטבלה

על פי השפעת שני הגורמים הנ”ל ניתן להסיק איך אנרגיית היינון של יסודות משתנה על פי מיקום היסוד בטבלה המחזורית:

  1. יסודות באותה שורה

ככל שנעים ימינה באותה שורה בטבלה המחזורית, אנרגית היינון של היסוד גדלה מכיוון שמטען הגרעין גדל בעוד שרמת האנרגיה נשארת קבועה (ולכן המרחק מהגרעין לא משתנה בצורה משמעותית) ולכן נדרשת יותר אנרגיה להוצאת האלקטרון מהאטום.

אנרגיית היינון של היסודות לפי מיקומם בטבלה המחזורית
אנרגיית יינון של היסודות על פי מיקומם בטבלה המחזורית
  1. יסודות באותו טור

ככל נעים מטה באותו טור בטבלה המחזורית, אנרגיית היינון קטנה מכיוון שרמת האנרגיה הגבוהה ביותר המאוכלסת גדלה ולכן המרחק בין האלקטרון לגרעין גדל ונדרשת פחות אנרגיה להוצאת האלקטרון מהאטום.
אמנם מטען הגרעין גדל אבל השפעת המרחק על חוזק המשיכה בין מטענים חזק יותר על פי חוק קולון ולכן עדיין אנרגיית היינון קטנה.

ניתן לראות את ההתנהגות הנ”ל בצורה גרפית בתמונה מצד שמאל.

 

פתרון מודרך על אנרגיית יינון

בסרטון נפתור תרגילי השוואה בין אנרגיות יינון של יסודות על פי מיקומם בטבלה המחזורית.

 

מושגים: אנרגיית יינון, מטען גרעיני, רמת האנרגיה הגבוהה ביותר המאוכלסת

דרישות מבחן הבגרות: “התלמידים יידעו לציין את הגורמים המשפיעים ולהסביר”

תרגול

  1. סדרו את היסודות הבאים לפי אנרגית יינון ראשונה עולה (הסבירו):

א. Bו-Al
ב. S ו- P
ג. Rb ו-I
ד. As, Ge ו-Si
ה. Rb, Ca ו-Mg

2 מה ניתן להסיק על התנהגות אנרגית היינון לאורך השורה ולאורך הטור?

3. לאילו חומרים צפויה אנרגית יינון גבוהה יותר: לאל- מתכות או למתכות ?(הסבירו)

4. האם תשובתכם לסעיף הקודם תואם את סימן המטענים של היונים המועדפים של החומרים על פי מיקומם בטבלה המחזורית? הסבירו.


5.תרגיל  קפיצה: האותיות A, B, C, D ו-E  מסמלים יסודות בעלי מספרים אטומיים עוקבים. להלן טבלה המראה את ערכי אנרגיית היינון הראשונה (האנרגיה להוצאת האלקטרון מהאטום הניטראלי) של היסודות הנ”ל:



תרגיל על אנרגיית יינון

א. האם כל היסודות נמצאים באותה שורה? נמקו.
ב. מה הסיבה למגמת העלייה של ערכי אנרגיית היינון של שלושת היסודות A,  B ו-C?
ג. מה הסיבה לשינוי המגמה הפתאומית בין יסודות C ו-D?  הסבירו על פי מודל האטום
ד. ציירו בצורה סכמתית טבלה מחזורית ומיקמו  את היסודות  מבלי לדייק לאיזו שורה כל אחד שייך
ה. האם ניתן לזהות לאילו משפחות מתאימים היסודות? אם כן ציינו את המשפחות לכל אחד מהיסודות. נמקו
ו. אם ידוע שהייסוד A  נמצא בשורה השלישית, מה הזהות של היסוד E?

Lorem ipsum dolor sit amet, consectetur adipiscing elit. Ut elit tellus, luctus nec ullamcorper mattis, pulvinar dapibus leo.