イオン化エネルギーの大小を決めるのは原子半径と電子配置の安定性である。

どうして希ガスのイオンかエネルギーは非常に大きいのか

イオン化エネルギーとは

今回は,仰々しいタイトルになってるけど,まずは,イオン化エネルギーとは何か?についてを簡単に解説します。
その後,イオン化エネルギーの大小の決定要因についての解説をしますよ!

(※この記事内でのイオン化エネルギーとは第一イオン化エネルギーのことを示します。)

OK!イオン化エネルギーって何〜?からまずはよろしくっす!

イオン化エネルギーとは,

『原子から電子を1個取り去るのに必要なエネルギー』

のこと。

イオン化エネルギーをHe原子で説明してみる。

『Heと人間』劇場のはじまりはじまり。

今He原子は閉殻構造を取っており,ニコニコ状態(=安定)です。

He原子「あぁ…K殻に2個電子がある状態でめちゃくちゃ安定だわ。超気持ち良い。」

ここに人間がやってきて,Heが持っている電子を1つもぎ取ろうとします。

人間「んーーーー!!!!えいっ!!」

He原子「あぁぁぁ〜〜〜!電子をもぎ取らないでぇぇ〜〜ぺろぺろぺろ。」

人間「うるせぇ〜〜〜!!!もぎ取ってやる!!!う〜〜〜〜〜っん!!!」

何とかHe原子から1つの電子をひっぺ剥がした人間。大変な思いをした人間の額は汗まみれ!!!

この人間が苦労して電子をひっぺ剥がすために費やした労力,これがイオン化エネルギーなのですね。(※もぎ取る電子は絶対に最外殻電子です。これは決まり。)

ふ〜ん。なるほど。つまり,

He→He+e⁻

左辺の式から右辺の式にするために必要なエネルギーをイオン化エネルギーというのか!!!

そういうことだね。Heにエネルギーをかける(人間が頑張る)と,Heとe⁻の2つにバラバラにすることができる。このエネルギーをイオン化エネルギーという。
ちなみに,イオン化エネルギー最大はHe原子。その他の希ガスも非常にイオン化エネルギーは高い。これは覚えておくと良いよ!

イオン化エネルギーの『イオン化』っていうのは,『陽イオン化』ってことなんやな!ニシジマ!!!

『イオン化エネルギーが小さい=簡単に陽イオンになる』
『イオン化エネルギーが大きい=陽イオンになりにくい』
ってわけね。

イオン化エネルギーの大小を決める要因

要因その1 電子配置の安定性

単純に安定な電子配置を取っている原子は電子配置を崩されたくないから,イオン化エネルギーは高い。

HeやNeやArやKrなどの希ガスのイオン化エネルギーが大きいことは上記から自明。

ちなみに,イオン化エネルギー最大はHe原子である。

どうして,希ガスの中でも特にHe原子がイオン化エネルギーが高いわけよ!?

その理由は,『要因その2 原子半径の大小』で説明がつくよ!

要因その2 原子半径の大小

原子半径が小さい原子の場合,原子核と最外殻電子との距離が短い。

原子半径が大きい原子の場合,原子核と最外殻電子との距離が長い。

例えば,HeとNeを例に挙げると,

最外殻電子は,He原子はK殻に存在する。Ne原子はL殻に存在する。

つまり,原子半径がHe<Neであるわけです。

・HeとNeの電子配置を示した図を挿入、距離の関係を説明した図を挿入

原子核(+)に近い電子(−)をもぎ取る方が大変(=クーロン力が大きい)なので,Heの方がイオン化エネルギーは大きくなるわけです。

電気陰性度の大小の理由とよく似ているね。比較して考えると,勉強になるかも。

要因その3 陽子の数の大小

じゃあ,同一周期の場合は最外殻が同じだから,イオン化エネルギーも変わらないの??
例えば,LiもBeも最外殻ってL殻になるよね。原子核と最外殻電子との距離は同じだから…

目の付け所がいかちぃ〜ね!有田っち。
確かに,LiもBeも最外殻電子はL殻に存在するから,ぱっと見は,イオン化エネルギーに差がなさそうに思えるけど,そうでもないんだな。これが。

これは周期表を横に見た場合(=同一周期での比較)の話ですね。

例えば,LiとBeを比べたり,OとFを比べると,

イオン化エネルギーはLi<Be,O<Fとなっている。どうしてだろうか?

LiとBeの比較で解説すると,

LiもBeも最外殻電子はL殻なわけです。

ものすごくおおざっぱに言うと,LiもBeも原子核〜最外殻電子までの距離は同じなわけです。

にも関わらず!!!

イオン化エネルギーに差が生じる(Li<Be)。

これは,原子核に存在する陽子の数がLi<Beだからです。

陽子の数が増えれば増えるほど,原子核が電子を引っ張る力(=原子内に電子を留めておこうとする力)が大きくなるわけです。
言い換えると,陽子の数が3つのLiと陽子の数が4つのBeの場合,『どちらの方が電子をひっぺ剥がすのが大変なのか?』という話です。

Zzz…

上田くん寝ちゃいましたね。まあ,でも私はついてこれてますよ。つまり,Liの方がクーロン力が小さいってことですよね。だから,簡単に電子をひっぺ剥がせるって話でしょ?

そういうこと!簡単にひっぺ剥がせる=イオン化エネルギーが小さいだからね。寝てるやつは放っておこう。私もそろそろ眠くなってきたわい。

イオン化エネルギーは語り出すと,もう少し細かい話も出てきます(有効核電荷など)。とりあえず,上記の3つの要因を踏まえていれば十分。これ以上は大学内容になります。

少し発展内容ですが,上記の3つの要因から,KやRbはイオン化エネルギーがめちゃくちゃ小さい(=簡単に陽イオンになる)と考えられます。

イオン化エネルギーとは,『原子から電子を1個取り去るのに必要なエネルギー』であり,Heがイオン化エネルギーが最大である。

ニシジマ化学語録

コメントを残す

メールアドレスが公開されることはありません。 * が付いている欄は必須項目です

ABOUTこの記事をかいた人

ニシジマ

ゆとり世代ど真ん中に爆誕。円周率は3だと信じて疑わない。大学卒業後,予備校で勤務しており,化学を担当。主な業務は,模擬試験作成と入試解説の執筆。大学時代の専攻は物理化学であるが,難解すぎて意味があまりわからない。