L'énergie d'ionisation (IE) est la quantité minimale d'énergie nécessaire pour éliminer un électron d'un atome ou une molécule dans son état gazeux. Voici comment vous pouvez aborder le calculer:
1. Méthodes expérimentales:
* Spectroscopie photoélectronique (PES): Cette technique mesure directement les énergies d'ionisation de différents électrons dans un atome. Il s'agit de bombarder l'échantillon avec des photons d'énergie connue et d'analyser l'énergie cinétique des électrons éjectés. La différence entre l'énergie photonique et l'énergie cinétique électronique vous donne l'énergie d'ionisation.
* Spectroscopie à impact électronique: Dans cette méthode, un faisceau d'électrons est utilisé pour bombarder l'échantillon. La perte d'énergie des électrons lors de la collision révèle les énergies d'ionisation de l'échantillon.
2. Calculs théoriques:
* Méthodes de chimie quantique:
* Hartree-Fock: Cette méthode utilise une solution approximative à l'équation de Schrodinger pour déterminer la structure électronique d'un atome ou d'une molécule. L'énergie d'ionisation peut ensuite être calculée comme la différence d'énergie entre l'état neutre et ionisé.
* Théorie fonctionnelle de la densité (DFT): Cette méthode se concentre sur la densité électronique plutôt que sur la fonction d'onde, offrant une approche plus efficace en calcul pour calculer l'énergie d'ionisation.
* Théorie des grappes couplées: Cette méthode très précise fournit des prévisions très précises des énergies d'ionisation pour les systèmes plus petits.
3. Formules empiriques:
* Théorème de Koopmans: Ce théorème simple indique que l'énergie d'ionisation est égale au négatif de l'énergie orbitale moléculaire (Homo) la plus élevée calculée à l'aide de la théorie du hartree-fock. Cela fournit une estimation rapide mais peut être moins précis pour les molécules plus grandes.
4. Tendances périodiques:
* Tendances énergétiques d'ionisation: Vous pouvez prédire les énergies d'ionisation relatives des éléments en utilisant des tendances périodiques.
* sur une période: L'énergie d'ionisation augmente généralement lorsque vous vous déplacez de gauche à droite sur une période. En effet, la charge nucléaire efficace augmente, attirant plus les électrons.
* vers un groupe: L'énergie d'ionisation diminue généralement lorsque vous descendez un groupe. En effet, les électrons externes sont plus éloignés du noyau et connaissent une attraction plus faible.
Points importants:
* L'énergie d'ionisation est toujours une valeur positive, car l'énergie est nécessaire pour éliminer un électron.
* Plus l'énergie d'ionisation est élevée, plus il est difficile de retirer un électron de l'atome ou de la molécule.
* Les énergies d'ionisation peuvent être catégorisées en premier, deuxième, troisième, etc., selon le nombre d'électrons supprimés.
Exemple:
Pour calculer la première énergie d'ionisation de l'hydrogène (H), vous devez déterminer l'énergie nécessaire pour éliminer un électron d'un atome d'hydrogène dans son état gazeux.
* Expérimentalement, vous pouvez utiliser des PE ou une spectroscopie d'impact d'électrons pour mesurer l'énergie requise pour éliminer l'électron.
* Théoriquement, vous pouvez utiliser des méthodes de chimie quantique comme Hartree-Fock ou DFT pour calculer la différence d'énergie entre l'atome d'hydrogène neutre (1S1) et l'ion hydrogène ionisé (1S0).
En résumé, le calcul de l'énergie d'ionisation implique des techniques expérimentales, des calculs théoriques, des formules empiriques et une compréhension des tendances périodiques. La méthode spécifique choisie dépend de la précision souhaitée et de la complexité du système.
