이온화 에너지
1. 개요
'''이온화 에너지'''(ionization energy)란 원자나 분자에서 전자를 떼어낼 때 필요한 에너지이다. 이온화 에너지가 클 수록 전자를 떼기 힘들어진다. 흡열 반응이며 전자 친화도(electron affinity)와 반대 개념이다.
X− + energy → X + e−
delta H > 0
중성 기체 원자 하나에서 전자하나를 떼어낼 때 필요한 에너지를 이온화 에너지라고 하고, IE라고 쓰며, 이는 유효 핵전하가 클수록 커진다.
전자기적 인력은 거리에 반비례하기 때문에 같은 족에서는 주기가 커질수록 이온화 에너지가 작아진다.
또한 같은 주기에서는 주로 원자번호가 증가할 때 마다 이온화 에너지가 커지는데, 이는 증가한 핵 전하량이 증가한 가리움 효과보다 커서
유효핵 전하(Z*)가 증가했기 때문이다.
하지만 베릴륨과 붕소, 질소와 산소에서는 이것이 성립하지 않는다. 붕소의 경우에서는 s오비탈이 p오비탈을 가리기 때문이고,
산소의 경우에서는 짝지움 효과(페어링 이펙트)에 의한 것이다.
고등학교 과정에서 이렇게 배우긴 하지만 주기율표 후반부로 갈수록 이러한 번호별로의 이온화에너지의 차는 점점 작아진다.
기존에 있던 것에 비해서 새로 한개를 더하는 것의 효과가 미미하기 때문이다.
화학식으로 쓰면 $$\displaystyle A + E \longrightarrow A^+ + e^-$$, 또는 $$\displaystyle A \longrightarrow A^+ + e^-, dH= E$$ 등으로 표기할 수 있다.
일반적인 값을 전기 음성도와 함께 이를 음수로 쓸지 양수로 쓸지 의견차이가 있는데 (드는 에너지라고 해서 양수로 쓸 것인가, 변화 에너지양으로 음수로 쓸 것인가) 표현상의 차이이므로 신경쓰지 않아도 된다.
비슷한 개념으로 광전효과의 일함수가 있는데, 이는 이온화 에너지를 거시적인 입장에서 바라본 것이다. 이온화 에너지의 경우는 '원자 하나' 에서 전자를 때어내는 반면에 광전효과는 수많은 원자들이 있는 금속 표면에서 전자를 떼어내는 것이기 때문이다.
그래서 에너지 보존 법칙에 의해 E(쏜 빛의 에너지)=Ek(떨어져 나온 전자의 운동에너지) + I하이(일함수)라는 것이 성립하고, 이는 미시적으로 바라보면 이온화에너지에도 성립한다.
반대되는 개념으로 전자 친화도가 존재하며, 이는 이온화 에너지의 역반응의 델타 H이기도 하다.
'''임의의 중성 원소의 이온화 에너지는 항상 임의의 중성 원소의 전자 친화도보다 크다.'''