主な相違点 – 第一イオン化エネルギーと第二イオン化エネルギー
イオン化エネルギーとは、気体原子が一番外側の軌道から電子を取り出すために必要なエネルギー量のことです。
電子を取り去った原子はプラスの電荷を帯び、プラスに帯電したイオンになるため、この電離エネルギーが必要とされます。
化学元素は、1つ1つイオン化エネルギーの値が決まっています。
これは、ある元素の原子と別の元素の原子が異なるからです。
第1イオン化エネルギーと第2イオン化エネルギーは、それぞれ原子が1個の電子ともう1個の電子を取り出すために必要なエネルギー量を表しています。
第1イオン化エネルギーと第2イオン化エネルギーの主な違いは、特定の元素において第1イオン化エネルギーが第2イオン化エネルギーよりも小さな値を持つことです。
第一イオン化エネルギーとは
気体である中性原子が、その最外殻電子を取り出すのに必要なエネルギー量を第一イオン化エネルギーといいます。
この最外殻電子は、原子の最外周の軌道に位置しています。
従って、この電子は原子の他の電子の中で最も高いエネルギーを持っています。
したがって、第1イオン化エネルギーは、原子から最もエネルギーの高い電子を放出するのに必要なエネルギーとなります。
この反応は、基本的に吸熱反応です。
これは、次のように反応で与えることができます。
X(g) → X(g)+ + e- となります。
中性荷電原子は、その元素が構成すべき本来の電子数のみで構成されるため、この概念は中性荷電原子に関連するものです。
ただし、そのために必要なエネルギーは元素の種類によって異なる。
原子の中ですべての電子が対になっている場合は、より高いエネルギーが必要となる。
不対電子がある場合は、より低いエネルギーが必要となる。
しかし、その値は他のいくつかの事実にも依存する。
例えば、原子半径が大きいと、一番外側にある電子が原子核から離れているため、必要なエネルギーが小さくなります。
この電子と原子核の間に働く引力は小さい。
そのため、簡単に除去することができます。
しかし、原子半径が小さいと、電子は原子核に強く引きつけられてしまう。
そのため、原子から離れにくい。
元素の周期表は、周期を通じて第一イオン化エネルギーが変化する一定のパターンや傾向を示している。
周期表の下のグループに行くほど、原子半径が大きくなるため、第一イオン化エネルギーは小さくなります。
図1: 元素の周期表における第一イオン化エネルギーの傾向
上の図は、第一イオン化エネルギーが周期的に変化している様子を示しています。
希ガスが最も高い第一イオン化エネルギーを持つのは、これらの元素が完全に満たされた電子殻からなる原子を持つためです。
そのため、これらの原子は非常に安定しています。
この安定性により、一番外側の電子を取り除くことが非常に困難なのです。
第二イオン化エネルギーとは
二次イオン化エネルギーとは、正電荷を帯びた気体原子から一番外側の電子を取り除くのに必要なエネルギー量と定義することができる。
中性に帯電した原子から電子を取り除くと、正の電荷を帯びることになります。
これは、原子核の正の電荷を中和するための電子が足りないからです。
この正電荷の原子から別の電子を取り出すには、非常に大きなエネルギーが必要です。
このエネルギー量を第二イオン化エネルギーと呼びます。
これは以下のような反応で与えることができます。
X(g)+ → X(g)+2 + e- （※1）。
これは、中性原子から電子を1個取り出しても、残りの電子が原子核に強く引きつけられてしまうためで、正電荷の原子から電子を取り出すのは、中性電荷の原子から取り出すよりも非常に難しいため、第2イオン化エネルギーは第1イオン化エネルギーよりも常に大きな値となります。
上の図は、第一イオン化エネルギー、第二イオン化エネルギー、第三イオン化エネルギーの違いを示しています。
この違いは、正電荷が大きくなると電子の取り出しが困難になるために起こります。
また、電子を取り除くと、原子半径が小さくなります。
また、電子を取り除くと、原子半径が小さくなり、別の電子を取り除くことが難しくなります。
第1イオン化エネルギーと第2イオン化エネルギーの違い
定義
第一イオン化エネルギー。
気体の中性原子が一番外側の電子を取り出すのに必要なエネルギー量。
第2イオン化エネルギー。
気体の正電荷を帯びた原子が、最外殻の電子を取り出すために必要なエネルギー量。
値
第一イオン化エネルギー。
第一イオン化エネルギーは、比較的低い値です。
第二イオン化エネルギー。
第二イオン化エネルギーが比較的高い値です。
開始種
First Ionization Energy（第一イオン化エネルギー）。
第一イオン化エネルギーは、中性荷電原子について定義されています。
第二イオン化エネルギー。
正電荷を帯びた原子の第2イオン化エネルギー。
エンドプロダクト
最初の電離エネルギー。
第1イオン化後の最終生成物は+1電荷の原子となる。
第二イオン化エネルギー。
2回目の電離で+2の電荷を持つ原子が生成される。
結論
イオン化エネルギー値は、化学元素の反応性を判断するのに重要です。
また、化学反応が起こるかどうかを判断する上でも有用です。
イオン化エネルギーは、ある反応の活性化エネルギーとして作用することもあります。
第1イオン化エネルギーと第2イオン化エネルギーの主な違いは、特定の元素では第1イオン化エネルギーが第2イオン化エネルギーよりも低い値であることです。
