Ionisierungsenergie?
Hallo,
ich habe eine Frage zu meinem folgenden Bild.
Hier wird deutlich, dass (Richtung M Schale) man weniger Energie benötigt, um ein Elektronen abzuspalten/rauszuholen.
Ich verstehe auch sehr gut, warum bei der M Schale am wenigsten gebraucht wird, da dieses Elektronen am weitesten von dem Kern entfernt ist und somit die Anziehungskräfte am Schwächesten sind.
Jedoch verstehe ich nicht, bei der K und L Schale, warum dort die Energie, ein Elektron abzuspalten, höher wird. Da (wenn man sich die L Schale vereinzelt anschaut) sich diese Elektronen in der gleichen Schale befinden und somit die gleiche Anziehungskraft erfahren.
Zudem frage ich mich, was passiert, wenn man ein Elektron abspaltet. Wird dann, wenn beispielsweise in der K Schale ein Elektron abgespaltet wird, eins von der M zur K transportiert, oder bleibt das so?
Letzte Frage: Edelgase habe eine volle Außenschale und werden aus diesem Grund als reaktionsträge bezeichnet. Aber wie stellt man sich das genau vor, ich meine, wenn beispielsweise zwei Stoffe reagieren wollen würden und man ein Edelgas dazwischen macht, stoppt es die Reaktion,bzw verhindert sie? Weil diese eine volle Außenschale hat und kein Grund dazu hat, zu reagieren, anders als andere Elementfamilien.
Danke im Voraus
2 Antworten
Jedoch verstehe ich nicht, bei der K und L Schale, warum dort die Energie, ein Elektron abzuspalten, höher wird. Da (wenn man sich die L Schale vereinzelt anschaut) sich diese Elektronen in der gleichen Schale befinden und somit die gleiche Anziehungskraft erfahren.
Verständlicher Gedanke. Allerdings spielt bei der Ionisierungsenergie auch der Kern eine Rolle. Gehst du in einer Schale von links nach rechts im Periodensystem, bleibt der Abstand der Elektronen zum Kern quasi gleich. Mit jedem neuen Element kommt aber ein Proton im Kern dazu. Die Kernladung steigt also. Das führt zu stärkerer Anziehung und damit höherer Ionisierungsenergie.
Zudem frage ich mich, was passiert, wenn man ein Elektron abspaltet. Wird dann, wenn beispielsweise in der K Schale ein Elektron abgespaltet wird, eins von der M zur K transportiert, oder bleibt das so?
Entfernst du eines der weiter innen liegenden Elektronen, rutscht eines der äußeren auf den leeren Platz. Denn ein Atom strebt immer nach dem energieärmsten Zustand.
Aber wie stellt man sich das genau vor, ich meine, wenn beispielsweise zwei Stoffe reagieren wollen würden und man ein Edelgas dazwischen macht, stoppt es die Reaktion,bzw verhindert sie?
Nein. "Dazwischen machen" ist vielleicht auch etwas versimpelt vorgestellt. Die Teilchen bewegen sich ja alle. Um nun zu reagieren müssen sich zwei Teilchen treffen (also zusammenstoßen). Hast du in deiner Reaktionsmischung nun ein Edelgas, hast du die Mischung sozusagen verdünnt (wie bei Lösungen mit Wasser). Stößt nun eines der "Reaktionsteilchen" mit einem Edelgasaton zusammen passiert einfach nichts. Die Verdünnung bzw Beimischung eines Edelgases verhindert die Reaktion aber nicht, sie macht es nur unwahrscheinlicher, dass sich zwei der Reaktionsteilchen finden.
Unter den richtigen Bedingungen kann man aber auch Edelgase zur Reaktion zwingen. So gibt es zum Beispiel die Verbindung XeF2.
Laut deiner Erklärung verstehe ich es so, dass jedoch ein Elektron, näher am Kern ist, also stärker angezogen. Ist das so?
Ja, je näher die Elektronen am Kern sind, desto stärker werden sie angezogen. Am besten stellst du dir das immer aus der Sicht des Elektrons vor. Die Elektronen in der K Schale sind am nächsten am Kern. Sie "sehen" also nur den Kern, der sie anzieht. Die in der M Schale sind weiter weg und sehen außer dem Kern auch noch die Elektronen aus der K Schale. Letztere schirmen die Anziehung des Kerns etwas ab (die sind quasi im Weg) und die M Elektronen werden weniger stark angezogen.
aber dann würden sie doch nicht nach dem energieärmsten Platz streben oder? Ich meine in der K Schale braucht man am meisten Energie.
Du brauchst am meisten Energie um sie zu entfernen! Das heißt, sie sind am stärksten gebunden. Das heißt auch, wenn da ein Platz frei ist, wird am meisten Energie frei, wenn ein Elektron da hin rutscht. Und das will das Atom ja, möglichst energiearm sein.
Und noch zu deinem anderen Kommentar
Aber warum ist es schwieriger das 3 Elektronen wegzubekommen, als das 2, wenn sie sich in der gleichen Schale befinden.
Das Zauberwort hier heißt "effektive Kernladung". Stell dir ein Atom vor mit 2 Protonen und 2 Elektronen (letztere beide auf der K Schale). In diesem Zustand werden also zwei Elektronen von zwei Protonen angezogen. Quasi ein Proton pro Elektron. Entfernst du jetzt eins der Elektronen, hast du nur noch 1 Elektron das von 2 Protonen angezogen wird. Liegt also auf der Hand, das es jetzt schwieriger ist, das zweite zu entfernen obwohl es in derselben Schale ist wie das erste.
Aber die starke Energie bleibt nach dem Entfernen doch trotzdem, man braucht starke Energie, weil eine starke Anziehungskraft herrscht. Das würde doch nicht heißen, wenn ein Elektronen der K Schale entfernt wird, dass aufeinmal weniger Energie dort herrscht, die Anziehungskraft der Protonen ist doch trotzdem gleich stark. Liegt es nicht viel mehr daran, dass dann vielleicht ein Atom der L Schale in die K Schale hineingezogen wird?
Also fokussieren sich die Protone stärker auf ein Elektron, als auf ein anderes? Also beispielsweise das erste wird stärker als das zweite, das dritte stärker als das vierte angezogen?
Ok, ich glaub, ich weiß, wo dein Denkfehler liegt. Da herrscht starke Anziehung ja, aber nicht weil da viel Energie ist. Stell dir das Atom wie einen Trichter vor mit dem Kern in der Mitte. Je näher die Elektronen am Kern sind, desto mehr Energie brauchst du, um sie aus dem Trichter heraus zu schieben.
Wenn jetzt in K Schale (also tief im Trichter) ein Platz frei wird, rollt ein Elektron nach unten. Das setzt Energie frei bzw das Elektron gewinnt sozusagen Energie durch das nach unten rollen. (Diese Energie gibt es dann ab)
Ne, es geht einfach um das Verhältnis Protonen zu Elektronen. Die erste Ionisierungsenergie ist die Energie die du brauchst, um das äußerste Elektron zu entfernen. Um bei deinem Beispiel von vorhin zu bleiben: 4 Protonen, 2 Elektronen auf der K Schale, 2 auf der M Schale. Die erste Ionisierungsenergie ist also diejenige Energie, die es braucht, um eines der M Elektronen zu entfernen. Nach dem Abspalten bleiben 3 Elektronen übrig. 2 K und 1 M Elektron. Diese 3 werden von den immer noch 4 Protonen nun stärker angezogen. Einfach weil du jetzt 4 positive Ladungen hast, die 3 negative anziehen (vorher warens 4 positive die 4 negative anziehen). Dementsprechend ist die zweite Ionisierungsenergie jetzt höher, weil das übrige M Elektron jetzt stärker vom Kern festgehalten wird.
Warte was, ein Elektron aus der K Schale wird abgespaltet, dieses setzt Energie aus und ein anderes, welches nun in die K Schale kommt, nimmt diese auf und setzt die dann wieder frei? Und danach ist dort, wo sich das ursprüngliche Atom befunden hat, wenig Energie? Ich verstehe das nicht so ganz.
Das würde aber heißen, wenn man beispielsweise 5 Elektronen hat, dass es nur schwieriger wäre das 4 rauszuholen, wenn man davor das 5 rausholt oder? Wenn man zuerst das 4 rausholt, dann benötigt man gleich viel Energie, wie als erstes das 5 oder 3 rauszuholen?
Hm, ok, war wohl schlecht erklärt. Ich versuchs nochmal anders. Bleiben wir mal bei dem Trichter Bild. Bindungsenergie ist immer negativ, weil sie frei gesetzt wird (eine Bindung ist ein energieärmerer Zustand als ein bindungsloser). Der Rand bzw alles außerhalb vom Trichter hat also die Energie 0, das ist das normale ungebundene Energieniveau. Je tiefer etwas im Trichter ist, desto geringer ist auch seine Energie.
(Das jetzt sind alles ausgedachte Zahlen). Wir nehmen jetzt ein nacktes Atom ohne Elektronen. Die K-Schale, die am nächsten am Kern liegt, hat auch die geringste Energie, sagen wir -40 Joule. Ein ungebundenes Elektron hat jetzt die Energie 0 (es ist ja außerhalb vom Trichter). Setzt du dieses Elektron nun auf die K-Schale hat es -40 Joule an Energie. Das heißt, durch die Bindung des Elektrons werden 40 Joule Energie frei (und abgegeben als Licht, Wärme, etc.). Willst du dieses Elektron nun wieder entfernen, musst du ihm logischerweise diese 40 Joule an Energie wieder geben um es auf 0 zu bringen.
Die M-Schale sitzt nun höher bzw weiter außen im Trichter als die K-Schale. Sie hat also mehr Energie, z.b. -20 Joule. Nehmen wir jetzt an, wir haben 2 Elektronen auf der K- Schale und eins auf der M-Schale. Jetzt gibst du dem einen K Elektron 40 Joule um es aus dem Atom zu entfernen. Es bleiben also ein K Elektron und ein M Elektron. Da jetzt ein Platz in der K-Schale frei ist, möchte das M Elektron nun da hin. Denn die K-Schale liegt bei niedrigerer Energie (denk dran, energieärmster Zustand ist immer das Ziel). Das M Elektron rutsch also auf die K-Schale, von seinen jetztigen -20 Joule auf die besseren -40 Joule. Die 20 Joule Differenz gibt es dabei ab, es will ja möglichst wenig Energie haben.
Das Beispiel macht schon Sinn, aber wie kann es sein, dass man weniger Energie benötigt, um ein Atom auf der K Schale zu entfernen, als auf der M Schale, nach der Ionisierungsregel macht es keinen Sinn und auch so macht es keinen Sinn für mich, denn dort werden die Elektronen am stärksten angezogen, also auch am stärksten um diese dortt rauszubekommen.
die k-Schale ist energiereicher als die l-Schale. Die Schalen in einem Atom werden durch ihre Hauptquantenzahl n bestimmt, wobei größere n-Werte höhere Energieniveaus darstellen. Die k-Schale hat die höchste Energie und die niedrigste Hauptquantenzahl n=1, während die l-Schale eine höhere n-Wert hat, in der Regel n=2 oder höher. Daher ist die l-Schale energetisch niedriger als die k-Schale.
Die Elektronen auf der K-Schale brauchen auch mehr Energie um entfernt zu werden. Das ist ein bisschen dumm nummeriert. Die erste Ionisierungsenergie bezieht sich auf das äußerste Elektron. Das wäre in dem Beispiel von vorhin mit 2 K und 2 M Elektronen eines der M Elektronen. Die zweite Ionisierungsenergie ist dann die Energie für das zweite M Elektron (aber nur wenn das erste schon weg ist). Die dritte ist das für eines der K Elektronen (da sind dann beide M Elektronen schon weg)
Diese Reihenfolge ist auch wichtig. Wenn du direkt eines der K-Elektronen rausnehmen willst, ist die Energie wieder anders als die dritte Ionisierungsenergie.
Bei größeren Atomen ist es dann entsprechend immer eines der äußersten. Wenn du also Elektronen auf der N Schale hast, ist die erste Ionisierungsenergie für eines von denen. Also immer für eines der äußersten Schale.
Der Text ist Blödsinn. Die innerste Schale hat die geringste Energie (also die niedrigste). Der Text widerspricht sich auch selbst. Wie soll das denn gehen, dass höhere n gleich höhere Energieniveaus sind, aber gleichzeitig die Schale mit dem niedrigsten n die höchste Energie hat.
Und dass eine Schale mehr als einen n Wert hat, geht auch nicht...
Das mit der ionisierung verstehe ich jetzt zu 100%, aber ich verstehe trotzdem nicht so ganz, wie genau die Elektronen dann reinrutschen würden. Könntest du es vielleicht ein letztes mal, viel einfacher erklären?
Naja, eben wie bei einem Trichter. Ganz simpel gesprochen: Nimmst du unten etwas raus, rutscht das was oben drauf liegt halt nach unten.
Ach so. Wenn ein Elektron nach unten auf einen Platz mit niedrigerer Energie rutscht, muss es seine überschüssige Energie dafür abgeben (das will es ja auch). Um auf den leeren Platz zu können, muss es dieselbe Energie wie dieser Platz haben sozusagen.
Vielleicht ein dummes Beispiel, aber stells dir als einen Typ vor, der mit Heliumballons fliegt. Die Ballons sind die Energie. Er fliegt jetzt in einer bestimmen Höhe (= sein Energieniveau). Wenn er weiter nach unten auf ein niedrigeres Energieniveau kommen will, muss er einen Ballon loslassen (= Energie abgeben).
Achso okay, jetzt verstanden und was passiert mit der Energie die freigegeben wird?
Die wird meistens als Photon ausgesendet (das ist unter anderem die Grundlage für bestimmte Spektroskopie Methoden) oder kann in Bewegung umgewandelt werden, also Vibration, Rotation oder einfach Geschwindigkeit der Teilchen. Meist passiert ein bisschen von beidem, je nachdem, was es genau für ein Prozess ist.
Das Bild beschreibt ganz spefifisch die Situation für Natrium:
2 Elektronen und der 1. Schale (=Vollbestzt)
8 Elektronen und der 2. Schale (=Vollbestzt)
1 Elektrone und der 3. Schale
Das erste Elektron wird mühelos wie von dir beschrieben entfernt. Danach ist eine energetisch sehr günstige volle Schale und die Elektronen werden einen Teufel tun, in die ungünstigere (freie) 3. Schale zu gehen.
Das ist der Grund, warum das zweite Elektron so schwer entfernt werden kann.
Aber warum ist es schwieriger das 3 Elektronen wegzubekommen, als das 2, wenn sie sich in der gleichen Schale befinden.
Und was wäre, wenn ein Elektron von der 1 Schale abgespaltwt wird, geht dann ein Elektron in die 1 Schale?
Erstmal Danke.
Das letzte habe ich sehr gut verstanden, jedoch verstehe ich das Erste nicht. Nehmen wir an (auch wenn es vielleicht sowas garnicht gibt) wir haben ein Atom mit 4 Elektronen und 4 Protonen (Kein Ion), 2 sind in der K Schale und 2 in der M Schale. Laut deiner Erklärung verstehe ich es so, dass jedoch ein Elektron, näher am Kern ist, also stärker angezogen. Ist das so?
Und beim zweiten verstehe jch auch sehr gut, dass diese zurück rutschen, aber dann würden sie doch nicht nach dem energieärmsten Platz streben oder? Ich meine in der K Schale braucht man am meisten Energie.