2-mavzu. Kimyo fanining asosiy qonunlari

Ionlanish energiyasi va elektronga moyillik

Kimyoviy jarayonlarda atomdagi elektronlarning orbitallarda qay darajada mustahkam joylashganligi katta rol oynaydi. Buning uchun, atomlarning ionlanish energiyasi tushunchasidan foydalaniladi.Normal holatda turgan atomlarda bitta elektronning ajralib chiqishi uchun sarf qilingan energiya miqdori ionlanish energiyasi deb ataladi. Bu tushuncha molekulalarga ham taalluqlidir. Ionlanish energiyasi miqdorini aniqlashda ham atomdagi elektronlarning ener­getik qavatlarini aniqlashdagi kabi spektral ma’lumotlardan foydalaniladi.Qisqa to’lqinli spektrlar seriyasi asosiy holatdagi atomlar­dan elektronlar chiqib ketganda ajralib chiqqan energiyaga mos ke­ladi, ya’ni atomdan elektronni chiqarib yuborish uchun shuncha energiya sarflash kerak bo’ladi. Shunday qilib, ionlanish energiyasini qisqa to’lqinli spektrlar chastotasidan Plank tenglamasi yordamida hisob­lab topish mumkin. Bu energiya eng kichik energetik qavatni ifoda­laydi. Ionlanish energiyasini boshqa usullar bilan ham, chunonchi, fotoionlanish va elektronlar bilan turtish usullari orqali aniqlash mumkin. Ionlanish energiyasi elektron voltlarda (eV) belgilanadi, bu energiya ko’pincha ionlanish potensiali deb ham yuritiladi.
Vodorod atomining ionlanish energiyasi quyidagi ko’rinishga ega bo’ladi:
I=1/2 ( m_e e² / h ² ) Ushbu formuladagi qiymatlarni o’rniga qoyib hisoblash natijasida l = 1Z,60 eV ega bo’lamiz.Ko’p elektronli atomlarda ionlanish energiyasi ham bir necha l¹,l²,l³... qiymatlarga ega bo’ladi. Bu energiyalar birinchi, ik­kinchi, uchinchi va hokazo elektronlarning uzilish energiyasiga mos keladi. Hamma xollarda har doim l₁ < l₂ < l₃< ... bo’ladi. Chunki uzilib chiqayotgan elektronlar soni qancha ko’p bo’lsa,ionning musbat zaryadi ham shuncha ortadi, bu esa o’z navbatida shuncha elektronni o’ziga tortadi.Kuyidagi jadvalda bazi atomlarning ionlanish energiyalari kiymati keltirilgan.
Bazi atomlarning ionlanish energiyalari.

Atom	Elektronlar
	1	2	3	4	5
H	13,595
He	24,581	54,403
Li	5,390	75,619	122,419
Be	9,320	18,206	153,850	217,657
B	8,296	25,149	37,920	259,298	340,127
C	11,256	24,276	47,871	64,48	392,00
N	14,53	25,593	47,426	77,450	97,863
O	13,614	35,146	54,934	77,394	113,873
F	17,418	34,98	62,646	87,23	114,214
Ne	21,559	41,07	63,5	97,16	126,4
Na	5,138	47,29	71,65	98,88	138,60
Mg	7,644	15,031	80,12	109,29	141,23
Al	5,984	18,823	28,44	119,96	153,77
Si	8,149	16,34	33,46	45,13	166,73
P	10,484	19,72	30,156	51,354	65,007
S	10,357	23,4	35,0	47,29	72,5
Cl	13,01	23,80	39,90	53,5	67,80
K	4,339	31,81	46,0	60,90	82,6
Ca	6,111	11,868	51,21	67	84,39

Bu jadvaldan ishqoriy metallar eng kam ionlanish energiyasiga ega bo’ladi. Birinchi ionlanish potensialining qiymati elementda l₁ dan l₂ ga o’tganda tez o’zgaradi. Masalan, bor atomidagi 1,2,3 elektronlarga nisbatan 4 va 5 elektronlarni uzish uchun o’n barobar ko’p energiya sarf qilinadi. Bu hol elektron­larni qavatlarga bo’lishga imkon yaratdi.
ls va 2s elektronlarning yadro bian bog’lanish energiyasi i ortgan sari ko’payishi-ion radiusining kamayishi va zaryadining or­tishi bilan tushuntiriladi. Umuman olganda har qanday atomning ionlanish darajasini hosil qilish mumkin. Lekin ximiklarni faqat birinchi ionlanish energiyasi qiziqtiradi, chunki 1 eV 9,664^.10⁴ J/molga ekvivalentdir. Shuning uchun kimyoviy jarayonlarning ener­getik effektlari birinchi ionlanish energiyalari bilan o’lchanadi. Haqiqatan ham, energiya yutilish va ajralishi bilan boradigan kimyoviy jarayonlarda 1 mol moddaga o’nlab, yuzlab Joul energiya sarf bo’lgan yoki ajralib chiqqan bo’lur edi. Masalan, ftor atomidan et­tita elektronni chiqarib yuborish uchun 6,276^.10⁴ J/m energiya kerak bo’lgan bo’lur edi. Ravshanki, ionlanish energiyasi atomlarni xarak­terlashda katta ahamiyatga ega. Uning qanchalik ahamiyatga ega ekan­ligini quyidagi misolda yaqqol tasdiqlash mumkin²¹.
1962 yili Bartlett O₂ Rt F₆ tartibli birikma sintez qil­di. Nazariy tafsilotlar shuni ko’rsatadiki, bu birikma 0₂+ va [Pt F₆]- ionlardan tashkil topgan. Shundan so’ng Bartlett O₂ va Xe molekulalarining ionlanish energiya-lari miqdori jihatidan bir-bi­riga yaqinligiga (12,2 eV, 12,3 eV) e’tibor berdi va ksenon bilan xuddi shunday birikma olish mumkinligiga ishonch hosil qildi.
Haqiqatan ham u Xe bilan [Pt F₆] larni bir-biriga ta’sir etti­rib,Xe Rt F₆ birikmasini sintez qildi.
Bu izlanish kimyo fanida inert gazlar birikmalarini olishda katta ahamiyatga ega bo’ldi. Atomda elektronlarni yadro o’z maydoni­da ushlab turadi. Bu maydon atomga yaqinlashgan boshqa erkin elekt­ronlarni ham tortishi mumkin. Lekin bu erkin elektron atomdagi jlektronlarning itarilish kuchiga duch keladi. Nazariy va tajriba natijalari ko’pgina atomlarda qo’shimcha elektronlarning yadroga tor­tilish energiyasi atomdagi elektronlarning itarilish energiyasidan katta bo’lishini ko’rsatadi. Bunday atomlar o’zlariga tashqaridan bir elektron biriktirib olib, barqaror manfiy zaryadli ion hosil qi­ladi. Ajralib chiqqan energiya atomning elektronga moyilligi bilan aniqlanadi. Elektronga moyillik ham ionlanish energiyasi kabi elektron voltlarda o’lchanadi.
Kvant-mexanik hisoblashlar ikki va undan ortiq elektronlar­ning atomga birikishi natijasida hosil bo’lgan itarilish energiyasi har doim tortilish energiyasidan katta ekanligini ko’rsatdi. Shuning sababli atomning elektronga moyilligi ikki va undan ortiq elektron­lar uchun manfiy qiymatga ega bo’ladi. Shuning uchun bir atomli ko’p zaryadli manfiy ionlar (O^-2,S^-2,N^-3 va hokazo) erkin holatda mavjud bo’la olmaydi, ya’ni bunday ionlar molekulada ham, kristallarda ham mavjud emas. Ba’zi modda molekulalaridagi Sa²⁺, S^2-,Cu²⁺,O^2- va hokazo ionlarni faqatgina shartli ravishda mavjud deb qarash mum­kin. Elektronlarga moyillik hamma atomlar uchun ham ma’lum deb bo’lmaydi. Quyidagi jadvalda ba’zi atomlarning elektronga moyilligi qiymatlari keltirilgan:

Ba’zi element atomlarining elektronga moyilligi

Atom	E, eV	Atom	E, eV	Atom	E, eV	Atom	E, eV
H	0,754	O	1,27	Na	0,34	S	2,08
He	- 0,22	N	0,21	Mg	-0,22	Cl	3,61
Li	0,59	C	1,47	Al	0,5	B	3,37
Be	0,38	F	3,45	Si	1,84	I	3,08
B	0,30	Ne	0,22	P	0,8	Se	2,02

Ushbu jadvaldan elektronga moyillik energiyasi galogenlarda eng yuqori qiymatga egaligi, ftordan yodga qarab elektronga mo­yillik oldin bir necha marta ortishi va keyin esa kamaya borishini ko’rinib turibdi.