Die Ionisierungsenergie ist der Energiebeitrag, den du aufwenden musst, um ein Elektron aus der Valenzschale eines Atoms zu lösen. Alles, was du dazu wissen musst, erfährst du hier!
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Inhaltsübersicht
Ionisierungsenergie einfach erklärt
Immer wenn ein Atom Elektronen aus seiner Valenzschale abgeben möchte, muss es dafür die Ionisierungsenergie, auch Ionisationspotential genannt, aufwenden. Der Grund dafür ist, dass die Protonen im Kern des Atoms positiv geladen sind und durch ihr elektrisches Feld die Elektronen vom Verlassen des Atoms abhalten möchten.
Je mehr dieser Kernladung ein Elektron spürt, desto unfreiwilliger verlässt es den Kern und desto höher ist auch die aufzuwendende Ionisierungsenergie. Nach dem Abgeben des Elektrons ist die Ladung des Atoms positiv.
Ionisierungsenergie Einheit
Wenn du die Ionisierungsenergie eines Elements oder auch eines Moleküls interpretieren möchtest, musst du zuerst wissen, in welcher Einheit diese Energie überhaupt gemessen wird. Da es sich hierbei wieder um eine Energie handelt, die eigentlich pro Atom erfasst werden müsste, ist eine Angabe in Elektronenvolt pro Atom [eV/Atom] sinnvoll. Da aber meistens experimentell nur makroskopische Größen erfassbar sind, ist die Angabe in Joule pro Mol [J/mol] auch sehr geläufig. Du kannst die beiden aber auch sehr leicht mit einem Umrechnungsfaktor ineinander überführen. Dazu verwendest du folgende Formel:
Ionisierungsenergie Einheiten und Umrechnungsfaktoren
pro Atom: [eV/Atom]
pro Mol: [J/mol]
1eV/Atom = 96,485 kJ/mol
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Ionisierungsenergie PSE
Du musst dir aber glücklicherweise nicht jede Ionisierungsenergie der Elemente im Periodensystem auswendig merken, denn es gibt bestimmte Trendverläufe im Periodensystem (PSE). Anhand von diesen kannst du leicht feststellen, ob die Ionisationsenergie eines Elements eher größer oder kleiner im Vergleich zu anderen, ist.
Ionisierungsenergie in einer Hauptgruppe mit Tabelle
Der erste Trend, den du dir leicht merken kannst: Die Ionisierungsenergie sinkt in einer Hauptgruppe von oben nach unten. Der Grund dafür ist, dass nach unten hin die Elektronen immer mehr Schalen höherer Energie besetzen. Dadurch sitzen immer mehr Elektronen anderer Schalen zwischen den Elektronen der Valenzschale, welchen bei einer Ionisation das Atom verlassen würden, und dem Kern. Dadurch sinkt die elektrische Anziehungskraft des Kerns auf das frei werdende Elektron und es muss weniger Energie aufgewendet werden für die Ionisation.
| Element | 1. Ionisierungsenergie [eV] |
| Wasserstoff | 13,5894 |
| Lithium | 5,3917 |
| Natrium | 5,1391 |
| Kalium | 4,3407 |
| Rubidium | 4,1771 |
| Cäsium | 3,8939 |
Ionisierungsenergie in einer Periode mit Tabelle
Der zweite wichtige Trend im Periodensystem ist: In einer Periode nimmt die Ionisierungsenergie von links nach rechts zu. Hier liegt das daran, dass die Kernladung zwar von links nach rechts immer um 1 positive Elementarladung pro Element zunimmt, jedoch nicht die Abschirmung der hinzukommenden Elektronen. Innerhalb einer Periode haben alle „neu“ hinzukommenden Elektronen dieselbe Hauptquantenzahl und sitzen in derselben Schale. Für diese Elektronen gilt nach den Slater Regeln, dass ihre Abschirmung der Kernladung deutlich weniger ausgeprägt ist, als die von den Elektronen, die in energetisch tiefer liegenden Schalen liegen. Daher kommt von links nach rechts mehr positive Kernladung hinzu, als von den neu hinzukommenden Elektronen abgeschirmt werden kann. Das Elektron spürt bei der Ionisierung also deutlich stärker die Kernladung. Daher muss mehr Energie aufwendet werden, um das Elektron vom Kern zu entfernen.
| Element: | Lithium | Beryllium | Bor | Kohlenstoff | Stickstoff | Sauerstoff | Fluor | Neon |
|
1.Ionisierungsenergie [eV] |
5,3197 | 9,322 | 8,298 | 11,260 | 14,534 | 13,618 | 17,422 | 21,564 |
Anhand der obigen Tabelle ist erkennbar, dass der Trend nur grob gilt. Ausnahmen gelten für die Elemente der 2 Hauptgruppe und der 5 Hauptgruppe. Hier ist die Ionisierungsenergie höher als sie eigentlich sein sollte. Das liegt daran, dass diese Elemente eine energetisch günstige Elektronenkonfiguration aufweisen, welche sie durch die Ionisation verlassen müssten.
Für die Elemente der zweiten Hauptgruppe ist beispielsweise die günstige Elektronenkonfiguration eine komplette Besetzung des s-Orbitals. Bei einer Ionisation würde diese „abgeschlossene Schale“ wieder aufreißen, daher der höhere Energiebeitrag. Für die Elemente der 5 Hauptgruppe ist es dagegen so, dass bei einem weiteren Auffüllen des p-Orbitals zu Spin-Pairing kommen würde, dass zusätzlich Energie kostet.
Ionisierungsenergie Berechnen
Leider kann man die exakten Ionisierungsenergien nur über Experimente bestimmen oder über quantenchemische Rechnungen wie mit dem LCAO-Ansatz zugänglich machen. Allerdings lässt sich eine Näherung berechnen über die Slater Regeln. Mithilfe von diesen lässt sich die Abschirmung der Elektronen ausrechnen. Diese Abschirmung muss man anschließend von der Kernladung abziehen und man erhält die effektive Kernladung, die auf ein Elektron wirkt. Dann kann man auf das Elektron das Coloumbsche Gesetz anwenden:
Diese resultierende Kraft musst du dann nur noch vom Kernabstand bis Unendlich integrieren und man erhält ein Näherungsergebnis für die Ionisierungsenergie.
Ionisierungsenergie — häufigste Fragen
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Ionisierungsenergie — häufigste Fragen
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Was ist Ionisierung?Ionisierung ist der Vorgang, bei dem ein Atom ein Elektron aus seiner äußeren Schale abgibt, sodass es nicht mehr neutral ist. Dabei wird das Elektron vom Atom getrennt und das zurückbleibende Teilchen ist ein positiv geladenes Ion.
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Was versteht man unter ionisiert?„Ionisiert“ bedeutet, dass ein Atom nicht mehr elektrisch neutral ist, weil es ein Elektron abgegeben hat. Dadurch hat das Atom mehr positive Ladung im Kern als negative Elektronenhülle und liegt als positiv geladenes Ion vor.
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Was bewirkt eine Ionisierung?Eine Ionisierung bewirkt, dass aus einem neutralen Atom ein geladenes Teilchen entsteht. Beim Abgeben eines Elektrons bleibt ein positiv geladenes Ion zurück und das entfernte Elektron liegt getrennt vom Atom als freies Elektron vor.
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Wie steigt die Ionisierungsenergie?Die Ionisierungsenergie steigt im Periodensystem in einer Periode von links nach rechts und in einer Hauptgruppe von unten nach oben. Nach rechts nimmt die Anziehung des Kerns auf das Außenelektron zu, und nach oben sitzen die Außenelektronen näher am Kern und lassen sich schwerer entfernen.
Atombau verstehen
Die Ionisierungsenergie gehört zum Atombau und beschreibt, wie stark ein Atom seine Elektronen festhält. Wer sich mit dem Atombau beschäftigt, vergleicht Schalen, Valenzelektronen und Trends im Periodensystem. So wird klar, warum sich Elemente in ihrer Reaktivität, ihrer Bindung und ihrem Verhalten unterscheiden. Im Chemiebereich findest du passende Videos zu diesem und verwandten Themen.