主な違い – 励起と電離電位

化学の用語で、化学元素の電子と原子核の関係を説明するために使われるのが、励起と電離の電位です。

原子核は、陽子と中性子で構成されています。

従って、正電荷を帯びている。

原子核の周りには、あるエネルギー準位に沿って電子が移動している。

電子は負に帯電している。

励起とは、電子がエネルギーを吸収して、低いエネルギー準位から高いエネルギー準位に移動することです。

原子を基底状態から励起状態へと移行させる。

イオン化エネルギーとは、中性の気体原子から電子を1個取り除くこと。

これにより陽イオンとなる。

電子が除去されると、原子の正の電荷を中和するための負の電荷を持たなくなる。

励起とイオン化ポテンシャルの主な違いは、励起が電子を低いエネルギー準位から高いエネルギー準位へ移動させることを説明するのに対し、イオン化ポテンシャルはエネルギー準位から電子を完全に除去することを説明することです。

励磁とは

化学において、原子核、原子、分子などの系に離散的な量のエネルギーを加えることを「励起」という。

励起により、系のエネルギーが基底エネルギー状態から励起エネルギー状態へと変化する。

系の励起状態は、エネルギーの分布ではなく、離散的な値を持っています。

これは、原子（あるいは上記の他の系）がある部分のエネルギーを吸収したときにのみ、励起が起こるからです。

例えば、電子を励起状態に移行させるためには、基底状態と励起状態とのエネルギー差に等しい量のエネルギーを与えればよい。

与えられたエネルギーがこのエネルギー差に等しくなければ、励起は起きない。

原子核の陽子や中性子も、電子と同じように、必要なエネルギーが与えられれば励起することができる。

しかし、原子核を励起状態に移行させるために必要なエネルギーは、電子のそれと比べると非常に大きい。

高いエネルギーを持つ励起状態は安定ではないため、系は長い間、励起状態にあるわけではありません。

そのため、エネルギーを解放して基底状態に戻る必要がある。

エネルギーは、光子として量子エネルギーの放出という形で放出されます。

通常、可視光線やガンマ線の形で放出されます。

この戻ることを崩壊といいます。

崩壊は励起の逆です。

電磁波スペクトル

電子はエネルギーを吸収して励起状態になると、同じ量のエネルギーを放出して基底状態に戻る。

この放出されたエネルギーによって、電磁波のスペクトルが形成される。

電磁波のスペクトルは、線が連なっています。

それぞれの線は、基底状態に戻るときに放出されるエネルギーを示しています。

電離ポテンシャルとは

イオン化ポテンシャルまたはイオン化エネルギーとは、中性で気体の原子から、最も緩く結合している電子を取り除くのに必要なエネルギー量のことです。

この電子は原子核から最も離れたところに存在する電子であるため、価電子と呼ばれます。

中性原子が電離すると陽イオンが形成される。

この電子の脱離は、外からエネルギーを吸収する吸熱過程です。

したがって、電離ポテンシャルは正の値となる。

一般に、電子が原子核に近いほど電離ポテンシャルは高くなる。

周期表の元素には、第1電離エネルギー、第2電離エネルギー、第3電離エネルギーなどの電離ポテンシャルが与えられています。

第1イオン化エネルギーは、中性の気体原子から電子を1個取り除いて陽イオンを形成するのに必要なエネルギー量です。

第二イオン化エネルギーは、第一イオン化後に形成された陽イオンから電子を取り除くのに必要なエネルギー量です。

図2: 周期表における第一イオン化エネルギーの変遷

一般に、イオン化エネルギーは、周期表の下のグループほど小さくなります。

これは、原子の大きさが大きくなるためです。

原子の大きさが大きくなると、原子核から最も遠い電子への引力が減少します。

すると、その電子を取り除くことが容易になる。

したがって、必要なエネルギーが少なくなり、結果として電離ポテンシャルが低下する。

しかし、周期表に沿って左から右へ進むと、イオン化エネルギーのパターンがあります。

イオン化エネルギーは、元素の電子配置によって変化します。

例えば、2族元素のイオン化エネルギーは、1族元素や3族元素よりも高い。

励起電位と電離電位の違い

定義

励起。

原子核、原子、分子などの系に離散的なエネルギーが加わることを励起という。

電離ポテンシャル。

イオン化ポテンシャルとは、中性の気体原子から最も緩く結合している電子を取り除くのに必要なエネルギー量である。

目的

励起。

励起とは、電子が低いエネルギー準位から高いエネルギー準位へ移動することを説明する。

電離ポテンシャル。

イオン化ポテンシャルとは、あるエネルギー準位から電子が完全に除去されることを表す。

エネルギー変化

励起。

励起には外部からのエネルギーが必要だが、このエネルギーはすぐに光子として放出される。

イオン化ポテンシャル。

  イオン化ポテンシャルは、原子が吸収し、再び放出されないエネルギー量です。

最終製品の安定性

励起。

  励起：励起状態を形成し、不安定で寿命が短い。

電離ポテンシャル。

イオン化ポテンシャルは陽イオンを形成し、電子が除去された後、ほとんどの場合、安定です。

結論

化学における励起とイオン化ポテンシャルは、化学元素のエネルギー変化と原子挙動の関係を説明するための2つの用語です。

励起とイオン化ポテンシャルの主な違いは、励起は電子が低いエネルギー準位から高いエネルギー準位へ移動することを説明するのに対し、イオン化ポテンシャルはエネルギー準位から電子が完全に除去されることを説明することである。

リファレンス

1.  “励起”. Encyclopædia Britannica, Encyclopædia Britannica, inc., 17 Aug. 2006, Available here.
2. “励起状態”. Wikipedia, Wikimedia Foundation, 22 Jan. 2018, Available here.
3. “電離エネルギー” 電離エネルギー, Available here.