ionisatie -energie berekenen:

Ionisatie -energie (dwz) is de minimale hoeveelheid energie die nodig is om één elektron uit een atoom of molecuul in zijn gasvormige toestand te verwijderen. Hier is hoe u kunt benaderen om het te berekenen:

1. Experimentele methoden:

* Foto -elektronenspectroscopie (PES): Deze techniek meet direct de ionisatie -energieën van verschillende elektronen in een atoom. Het omvat het bombarderen van het monster met fotonen van bekende energie en het analyseren van de kinetische energie van de uitgeworpen elektronen. Het verschil tussen de fotonenergie en de elektronenkinetische energie geeft u de ionisatie -energie.

* Elektronenimpactspectroscopie: In deze methode wordt een elektronenstraal gebruikt om het monster te bombarderen. Het energieverlies van de elektronen bij botsing onthult de ionisatie -energieën van het monster.

2. Theoretische berekeningen:

* Kwantumchemiemethoden:

* Hartree-Fock: Deze methode gebruikt een geschatte oplossing voor de Schrodinger -vergelijking om de elektronische structuur van een atoom of molecuul te bepalen. De ionisatie -energie kan vervolgens worden berekend als het verschil in energie tussen de neutrale en de geïoniseerde toestand.

* Dichtheid Functionele theorie (DFT): Deze methode richt zich op de elektronendichtheid in plaats van de golffunctie, en biedt een meer computationeel efficiënte benadering om de ionisatie -energie te berekenen.

* gekoppelde clustertheorie: Deze zeer nauwkeurige methode biedt zeer precieze voorspellingen van ionisatie -energieën voor kleinere systemen.

3. Empirische formules:

* Koopmans 'Stelling: Deze eenvoudige stelling stelt dat de ionisatie-energie gelijk is aan het negatief van de hoogst bezette moleculaire orbitale (HOMO) energie berekend met behulp van de Hartree-Fock-theorie. Dit biedt een snelle schatting, maar kan minder nauwkeurig zijn voor grotere moleculen.

4. Periodieke trends:

* ionisatie -energietrends: U kunt de relatieve ionisatie -energieën van elementen voorspellen met behulp van periodieke trends.

* Over een periode: Ionisatie -energie neemt in het algemeen toe naarmate u van links naar rechts over een periode beweegt. Dit komt omdat de effectieve nucleaire lading toeneemt, waardoor elektronen sterker worden aangetrokken.

* een groep neer: Ionisatie -energie neemt over het algemeen af ​​als u naar beneden gaat een groep. Dit komt omdat de buitenste elektronen verder van de kern zijn en een zwakkere aantrekkingskracht ervaren.

belangrijke punten:

* Ionisatie -energie is altijd een positieve waarde, omdat energie nodig is om een ​​elektron te verwijderen.

* Hoe hoger de ionisatie -energie, hoe moeilijker het is om een ​​elektron uit het atoom of molecuul te verwijderen.

* Ionisatie -energieën kunnen verder worden gecategoriseerd als eerste, tweede, derde, enzovoort, afhankelijk van het aantal verwijderde elektronen.

Voorbeeld:

Om de eerste ionisatie -energie van waterstof (H) te berekenen, moet u de energie bepalen die nodig is om één elektron uit een waterstofatoom in zijn gasvormige toestand te verwijderen.

* Experimenteel kunt u PES- of elektronenimpactspectroscopie gebruiken om de energie te meten die nodig is om het elektron te verwijderen.

* Theoretisch kunt u Quantum Chemistry-methoden zoals Hartree-Fock of DFT gebruiken om het energieverschil te berekenen tussen het neutrale waterstofatoom (1S1) en het geïoniseerde waterstofion (1S0).

Samenvattend omvat het berekenen van ionisatie -energie experimentele technieken, theoretische berekeningen, empirische formules en het begrijpen van periodieke trends. De gekozen specifieke methode hangt af van de gewenste nauwkeurigheid en de complexiteit van het systeem.