طاقة التأين

ب. طاقة التأين

تعريف طاقة التأين الأول : هي الحد الأدنى من الطاقة اللازمة لفصل الكترون الأخير لذرة في حالتها الغازية المستقرة المعزولة وتقاس بوحدة كيلو جول/مول

^–

العوامل التي تؤثر في طاقة التأين

1- العدد الكم الرئيس (n)

تتناسب طاقة التأين تناسبا عكسيا مع قيمة n اي انه كلما اتجهنا من أعلى الى أسفل في المجموعة الواحدة في الجدول تقل طاقة التأين

و سبب ذلك ان الالكترون المراد نزعة من الذرة يزداد بعدة عن النواة وبالتالي يقل تجاذبه مع النواة مما يجعل الطاقة اللازمة لنزعة اقل ، إما الإلكترون القريب من النواة فهو اكثر انجذابا الى النواة وبالتالي يحتاج الى طاقة تأين أعلى

س/ ما العلاقة بين طاقة التأين والحجم .

لاحظ القيم الأتية لعناصر المجموعة الأولى

طاقة التأين الاول	التركيب الالكتروني	العدد الذري	الرمز
520	[He]2s¹	3	Li
496	[Ne]3s¹	11	Na
419	[Ar]4s¹	19	K
403	[Kr]5s¹	37	Rb
376	[Xe]6s¹	55	Cs

جدول يبين طاقات التأين لعناصر المجموعة الاولى

س/ “علل ” تقل طاقة التأين كلما اتجهنا من أعلى الى أسفل في المجموعة الواحدة

2- شحنة النواة الفعالة:

تتناسب طاقة التأين تناسبا طرديا مع مقدار شحنة النواة الفعالة ، اي كلما اتجهنا من اليسار الى اليمين في الدورة الواحدة في الجدول الدوري تزداد طاقة التأين .

وسبب ذلك انة كلما زادت قيمة الشحنة الفعالة للنواة لعناصر الدورة الواحدة زادت قوة انجذاب الكترونات المستوى الأخير للنواة وبالتالي يؤدي الى زيادة طاقة التأين.

ملاحظات عن طاقة التأين:

v تقل طاقة التأين من أعلى الى أسفل في المجموعة الواحدة وذلك بسبب زيادة الحجم حيث تقل قوة التجاذب بين الكترونات المستوى الأخير ونواة العنصر

v تزداد طاقة التأين من اليسار الى اليمين بسبب زيادة شحنة النواة الفعالة وكذلك نقصان الحجم مما يؤدي الى زيادة قوة تجاذب الكترونات المستوى الأخير مع النواة

v كل عنصر يمتلك تركيب الغاز الخامل ( النبيل ) تكون طاقة تأينه عالية ويعود ذلك الى ان التركيب الالكتروني للعنصر النبيل يكون في وضع مستقر وثابت مما يجعل انتزاع إلكترون من ذرته امر صعب ويحتاج الى طاقة عالية

v عند نزع الكترونات التكافؤ من عنصر يحدث ارتفاع كبير في مقدار طاقة التأين لان التركيب الالكتروني يصبح مشابها لتركيب العنصر النبيل كما ان الحجم يصبح اصغر ويصبح الإلكترون اقرب الى جذب النواة كذلك تصبح الشحنة الفعالة للنواة له عالية.

v نلاحظ من العلاقة بين العدد الذري وطاقة التأين أن نهاية الدورات تكون الاعلى في طاقة التأين (He ، Ne ، Ar ، Kr ، Xe ، Rn ) وان أول عنصر في الدورة يكون الاقل في طاقة التأين ( Li ، Na ، K ، Rb ، ( Cs

v نلاحظ ان عنصر الهيليوم يملك أعلى طاقة تأين على الاطلاق ( فسر)

س/ قارن بين عنصري الهيليوم ₂He ، الليثيوم ₃Li من حيث طاقة التأين الأول؟ مع ذكر السبب.

₂He : 1s²

₃Li : [He] 2s¹

من التوزيع الالكتروني نجد ان عنصر الهيليوم عنصر خامل لان مستواه الأخير ممتلئ ويعني ذلك انه يمتلك تركيب الكتروني مستقر اما عنصر الليثيوم فهو لا يملك تركيب غاز خامل وعليه تكون طاقة التاين للهيليوم اكبر من طاقة التأين لليثيوم ، إضافة الى وجود عوامل اخرى مؤثرة وهي الحجم ، الشحنة الفعالة للنواة ومقدار n Li < He

س/ قارن بين عنصري الارجون ₁₈Ar ، ₁₆S من حيث طاقة التأين الأول ؟

₁₈Ar [Ne] 3S² 3P⁶

₁₆S [Ne]3S² 3P⁴

نجد من التوزيع الالكتروني للعنصرين ان عنصر Ar يمتلك توزيع غاز خامل مما يعني ان أكثر استقرارا من S

كذلك الشحنة الفعالة للنواة اكبر لذرة الارجون من ذرة الكبريت وحجم ذرة الارجون اصغر من حجم ذرة الكبريت

Ar > S

س/ قارن بين ₁₀Ne , ₂He من حيث طاقة التأين؟ مع التفسير ؟

₂He : 1s²

Ne 1s²2s² 2p⁶

من خلال التوزيع الالكتروني نجد ان كل من العنصرين يملك تركيب غاز خامل ولكن He اصغر حجما من Ar

( حيث ان He يقع في نهاية الدورة الاولى وAr يقع في نهاية الدورة الثانية)

مما يعني ان الإلكترون الأخير المراد نزعة في ذرة He اقرب الى النواه من الإلكترون الأخير المراد نزعة في ذرة Ar

v لاحظ ان طاقات التأين للعناصر الفلزية منخفضة وتقل كلما أتجهنا من أعلى الى اسفل ( فسر)

س/ قارن بين ₁₁Na ، ₁₂Mg من حيث طاقة التأين ؟

₁₁Na [Ne]3S¹

₁₂Mg[Ne]3S²

من خلال التركيب الالكتروني نجد ان كلا من العنصرين لا يمتلك تركيب غاز خامل وبالتالي نقارن من حيث رقم المستوى ( البعد عن النواة) ونجد ان العنصرين يتواجدان في نفس المستوى وهو المستوى الثالث n = 3 ، وبالتالي نعتمد على الشحنة الفعالة للنواة ، وحيث ان الشحنة الفعالة للنواة لذرة Mg اكبر من Na ، اذا طاقة تأين Mg اعلي من طاقة تأين Na Na< Mg

ملاحظات هامة

v عند المقارنة بين عنصرين او أكثر من حيث طاقة التأين نقوم بالتوزيع الالكتروني للعنصر وننتبه الى

امتلاكه تركيب غاز خامل ( حيث ان العنصر الذي يمتلك هذا التركيب له طاقة تأين مرتفعة جدا)
رقم الكم الرئيسي n ” البعد عن النواة” والعلاقة عكسية
وفي حال تساوي قيمة n ندقق في الشحنة الفعالة للنواة والعلاقة هنا طردية

اي ان كلما زادت الشحنة الفعالة للنواة زادت طاقة التأين

ولكن يجب الانتباه الى ان هناك حلات خاصة تشذ فيها عن القاعدة رغم وجودها في نفس الدورة وزيادة الشحنة الفعالة للنواة.

ادرس الجدول الاتي

طاقة التاين (KJ/mol)	التركيب الإلكتروني	العدد الذري	رمز العنصر	العنصر
520	1s²2¹	3	Li	الليثيوم
899	1s²2s²	4	Be	البريليوم
801	1s²2s²2p_x¹	5	B	البرون
1086	1s²2s²2p_x¹2p_y¹	6	C	الكربون
1402	1s²2s²2p_x¹2p_y¹2p_z¹	7	N	النيتروجين
1314	1s²2s²2p_x²2p_y¹2p_z¹	8	O	الاكسجين
1981	1s² 2s² 2p_x² 2p_y² 2p_z¹	9	F	الفلور
2081	1s² 2s² 2p_x² 2p_y² 2p_z²	10	Ne	النيون

طاقات التأين الاول للدورة الثانية في الجدول الدوري

نلاحظ ان هناك حالتين شاذتين ، حيث ان طاقة التأين لعنصر البريليوم Be أعلى من طاقة التأين لعنصر البرون B ، كذلك طاقة التأين للنيتروجين N أعلى من طاقة التأين للأكسجين O

س/ قارن بين ₈O , ₇N من حيث طاقة التأين مع التفسير ؟

₈O : 1s² 2s² 2p⁴

1s² 2s² 2p³ ₇N :

الإجابة : طاقة تأين N > O

يقع عنصري ₈O , ₇N في نفس الدورة والشحنة الفعالة لـ O اكبر من N ولكن توجد هنا حالة خاصة حيث ان ذرة N تمتلك فلك فرعي نصف ممتلئ ، وهذا يجعله اكثر استقرارا وثباتا ، ونزع الإلكترون الأخير منه يحتاج الى طاقة اكبر من نزع الإلكترون الأخير في ذرة O الأقل استقرارا وثباتا ) قاعدة ثبات الفلك) .

س/2010/ علل ما يلي

طاقة التأين الأول للفسفور ₁₅P اكبر من طاقة التأين الأول ₁₆S .

الاجابة : من خلال التوزيع الالكتروني نجد ان ₁₆S :[Ne]3S² 3P⁴

₁₅P : [Ne]3S² 3P³

عنصر P يمتلك فلك نصف ممتلئ وحسب قانون ثبات الأفلاك يكون أكثر استقرارا وثباتا من S ولهذا نزع الإلكترون الاخير من ذرة P أصعب من نزع الإلكترون الأخير من ذرة S ، وبذلك تكون طاقة تأين الفسفور P أكبر من الكبريت

لاحظ في السؤال السابق لم نعتمد على الشحنة الفعالة للنواة حيث هنا حالة خاصة تشذ فيها عن القاعدة.

2008/رتب ما يلي تصاعديا حسب ما هو مطلوب

₁₉K , ₃Li , ₇N , ₅B حسب طاقة التأين

الإجابة N > B > Li > K

2006/ رتب ما يلي تصاعديا

₁₁Na , ₁₂Mg , ₁₃Al حسب طاقة التأين .

₁₁Na [Ne]3S¹

₁₂Mg[Ne]3S²

₁₃Al [Ne]3S² 3p¹

نلاحظ ان العناصر الثلاثة تتملك نفس مستوى الطاقة ، وترتيبها حسب الشحنة الفعالة للنواة Al>Mg>Na

ولكن التركيب الالكتروني لذرة Mg أكثر استقرارا وثباتا من التركيب الالكتروني لذرة Al حيث ينتهي التركيب الالكتروني Mg بفلك فرعي ممتلئ وهذا يزيد من طاقة التاينه عن العنصر الذي يليه

وعليه يكون ترتيب طاقة التأين Mg > Al > Na

انتبه الى : ان حالة الشذوذ تكون بين المجموعتين (الثانية والثالثة) وبين ( الخامسة والسادسة) للعناصر الممثلة .

طاقة التأين الاول للافلزات أعلى من طاقة التأين الاول للفلزات

نلاحظ ان :

س/ وضح المقصود بـ

v طاقة التأين الثاني : هي الطاقة اللازمة لنزع الإلكترون الأخير من ايون شحنته ( +1 ) في حالتها الغازية

à X⁺²_(g)+e^– طاقة X⁺_(g)+

v طاقة التأين الثالث : هي الطاقة اللازمة لنزع الإلكترون الأخير من ايون شحنته (+2 ) في حالته الغازية

à X⁺³_(g)+e^– طاقة X⁺²_(g)+

لاحظ الجدول الاتي الذي يعطي طاقات التأين للدورة الثالثة في الجدول الدوري

العنصر	التوزيع الالكتروني	الأولى	الثانية	الثالثة	الرابعة	الخامسة	السادسة	السابعة
₁₁Na	[Ne]3s¹	496	4,560
₁₂Mg	[Ne]3s²	738	1,450	7,730
₁₃Al	[Ne]3s² 2p¹	577	1,816	2,744	11,600
₁₄Si	[Ne]3s² 2p²	786	1,577	3,228	4,354	16,100
₁₅P	[Ne]3s² 2p³	1,060	1,890	2,905	4,950	6,270	21,200
₁₆S	[Ne]3s² 2p⁴	999	2,260	3,375	4,565	6,950	8,490	11,000
₁₇Cl	[Ne]3s² 2p⁵	1,256	2,295	3,850	5,160	6,560	9,360	11,000
₁₈Ar	[Ne]3s² 2p⁶	1,520	2,665	3,945	5,770	7,230	8,780	12,000

س/ قارن بين طاقة التأين الأول والثاني لعنصر الصوديوم ₁₁Na ؟ مع التفسير .

₁₁Na [Ne]3S¹

₁₁Na⁺ [Ne]3S⁰

من التوزيع الالكتروني لـ ₁₁Na⁺₁₁Na ,

نجد ان طاقة التأين الثاني للصوديوم اكبر من طاقة التأين الاول وذلك للأسباب الآتية :

الإلكترون الثاني يتم نزعة من توزيع غاز خامل
نزع الإلكترون الثاني يكون من المستوى الثاني ( n = 2 ) بينما نزع الإلكترون الأول يكون من المستوى الثالث n=3 مما يعني أن حجم ذرة Na اكبر من حجم ايون Na⁺وهذا يجعل جذب النواة للالكترونات في ايون Na⁺ اكبر من جذبها في Na
نزع الإلكترون الثاني يكون من ايون موجب أحادي بينما نزع الإلكترون الأول يكون من ذرة متعادلة
الشحنة الفعالة النووية لـ Na⁺ أكبر من الشحنة الفعالة للنواة في ذرة الصوديوم Na .

س/ قارن بين طاقة التأين الأول والثاني للمغنيسيوم ₁₂Mg ، مع التفسير؟

₁₂Mg [Ne]3S²

₁₂Mg ⁺[Ne]3S¹

طاقة التأين الثاني للمغنيسيوم أعلى من طاقة التأين الأول وسبب ذلك ان نزع إلكترون ثاني من ايون موجب يرفع من طاقة التأين بينما طاقة التأين الأول اقل لأنه يكون نزع إلكترون من ذرة متعادلة Mg⁺ > Mg

س/ قارن بين طاقة التأين الثاني والثالث للمغنيسيوم ₁₂Mg ، مع التفسير ؟

₁₂Mg ⁺[Ne]3S¹

₁₂Mg⁺²[Ne]3S⁰

Mg⁺² > Mg⁺

ويرجع ذلك للأسباب الآتية

Mg⁺² يمتلك توزيع غاز خامل.
نزع إلكترون ثالث من Mg يكون من المستوى الثاني الأقرب إلى النواة بينما نزع إلكترون ثاني يكون في المستوى الثالث الأبعد عن النواة .
نزع إلكترون ثالث يكون من ايون موجب ثنائي Mg⁺² بينما نزع إلكترون ثاني يكون من ايون موجب أحادي Mg⁺ حيث ان انجذاب الإلكترون الى ايون +2 اكبر من انجذاب إلكترون إلى ايون +1
الشحنة الفعالة للنواة لـ Mg⁺² اكبر من الشحنة الفعالة Mg⁺ .

نلاحظ الاتي

v طاقة التأين الثاني اكبر من طاقة التاين الاول لاي عنصر وذلك لان نزع إلكترون سالب من ايون موجب يحتاج الى طاقة اكبر من نزع الكترون سالب من ذرة متعادلة

v عند نزع الكترونات التكافؤ لعنصر ما نجد ان قيم طاقات التاين يحدث لها قفزة كبيرة في قيمتها وذلك للأسباب الآتية

بعد نزع الكترونات التكافؤ يصبح التركيب الالكتروني للعنصر مشابها للتركيب الالكتروني للغاز النبيل ( الخامل )
عند نزع الكترونات التكافؤ يقل رقم المستوى ويُصبح الالكترون الاخير اقرب الى النواة وتزداد قوة جذب النواة له وبذلك يحتاج الى طاقة اكبر لنزعة
عند نزع الكترونات التكافؤ تصبح الشحنة الفعالة للنواة للعنصر اكبر مما يؤدي الى زيادة قوة جذب النواة للالكترون الاخير ، وبالتالي زيادة طاقة التأين.

v عند نزع الكترونات التكافؤ من عنصر ما نلاحظ ان هناك قفزة كبيرة حدثت لقيمة طاقة التأين

I. عناصر المجموعة الاولى في الجدول الدوري تكون القفزة بعد القيمة الاولى لانها تمتلك الكترون تكافؤ واحد

II. عناصر المجموعة الثانية تكون القفزة في قيم طاقات التأين بعد القيمة الثانية لانة يمتلك الكترونين تكافؤ

III. عناصر المجموعة الثالثة تكون القفزة في قيم طاقات التأين بعد القيمة الثالثة لانها تمتلك ثلاث الكترونات تكافؤ

وهكذا ينطبق على باقي المجموعات

اي يمكن نزع الكترونات التكافؤ بطاقات تأين قليلة نسبيا ، اما الألكترونات الداخلية ( الكترونات المستويات ما قبل الأخير) فتحتاج الى طاقة تاين كبيرة ، بسب تركيبها الالكتروني الشبيه بتركيب الغاز النبيل وعليه يكون

في المجموعة الاولى ط₂ >>> طـ ₁

في المجموعة الثانية ط₃>>> طـ₂ > طـ₁

في المجموعة الثالثة طـ₄>>> طـ₃> طـ₂> طـ₁

v اذا عُرفت الدورة التي تقع فيها العنصر ، بمعرفة قيم طاقات التأين يمكن كتابة التركيب الالكتروني للعنصر وايجاد العدد الذري له

v يمكن معرفة شحنة العنصر من معرفة عدد الكترونات التكافؤ من الواضح لدينا ان المجموعة الاولى تمتلك الكترون تكافؤ واحد وبالتالي شحنته +1

بينما المجموعة الثانية تمتلك الكتروني تكافؤ وتكون شحنته +2

والمجموعة الثالثة تمتلك ثلاث الكترونات تكافؤ وشحنتها +3

المجموعة الرابعة تمتلك اربع الكترونات تكافؤ وتشارك بأربع الكترونات

المجموعة الخامسة تمتلك خمس الكترونات تكافؤ وشحنتها -3

المجموعة السادسة تمتلك ست الكترونات تكافؤ وشحنتها -2

المجموعة السابعة تمتلك سبع الكترونات تكافؤ وشحنتها -1

المجموعة الثامنة لها ثماني الكترونات تكافؤ وليس لها شحنة (لاتتفاعل)

v العناصر التي تمتلك ( 5 ، 6 ، 7 ) الكترونات تكافؤ لافلزات وتميل الى اكتساب الكترونات لتصل الى اقرب تركيب الكتروني لغاز خامل ( طاقة التأين لها مرتفعة ) اي لاتميل الى فقد الالكترونات ، بينما العناصر التي تمتلك ( 1 ، 2 ، 3 ) الكترونات تكافؤ تميل الى فقد الكترونات لتصل لاقرب تركيب الكتروني لغاز خامل لذا طاقات التاين لها منخفضة مقارنة باللافلزات .

س/ اردن04/اختر الاجابة الصحيحة

إذا كانت قيم طاقات التأين الأربع الأولى لعنصر ما هي ( 737 ، 1450 ، 7732 ، 10550 ) كيلو جول/مول . . فان عدد الكترونات المستوى الأخير لذرة العنصر يساوي

أ) 2 ب) 1 ج) 3 د) 4

الاجابة ( أ ) والسبب لان القفزة الاكبر في القيم كانت بعد القيمة الثانية وهذا يعني انه وصلنا الى تركيب الكتروني . لعنصر نبيل مما يدل على ان الكترونات التكافؤ عددها اثنان

س/ – إذا كانت قيم طاقات التأين الأربع الأولى لعنصر ممثل هي ( 900 ، 1750 ، 21020 ، 24000 )كيلو جول/مول فان رقم مجموعته هي :

أ) الأولى ب) الثانية ج) الثالثة د) الرابعة

الاجابة ( الثالثة )

س/2004/ إذا كانت قيم طاقات التأين الست المتتالية للعنصر X غير الانتقالي هي على الترتيب :

1012 ، 1896 ، 2910 ، 4954 ، 6272 ، 21270 كيلوجول/مول ، فاجب عما يلي :

1- ما عدد الكترونات التكافؤ في ذرة العنصر X.

الاجابة : ( 5 )

يـاســــــــــــر الـعـــمــــــــــــــــرانـــي