3-1 جهد التأين (طاقة التأين)

• عندما تكتسب الذرة مقدارًا من الطاقة فإن إلكتروناتها تُثار وتنتقل إلى مستويات طاقة أعلى.
• أما إذا كانت كمية الطاقة كبيرة نسبيًا فإنها تطرد أضعف الإلكترونات ارتباطًا بنواة الذرة وتصبح الذرة أيونًا موجبًا.

جهد التأين (طاقة التأين) هو مقدار الطاقة اللازمة لإزالة أو فصل مول إلكترون من مول من الذرات المفردة وهي في الحالة الغازية.

وحيث إنه من الممكن إزالة إلكترون أو اثنين أو أكثر من الذرة فهناك جهد التأين الأول والثاني والثالث … إلخ:

• جهد التأين الأول: M(g) → M⁺(g) + e⁻ (يتكوّن أيون يحمل شحنة موجبة واحدة).
• جهد التأين الثاني: M⁺(g) → M²⁺(g) + e⁻ (يتكوّن أيون يحمل شحنتين موجبتين)، وهكذا.

الوحدة: \(\dfrac{\,\text{kJ}}{\,\text{mol}}\) ، وكلها عمليات ماصة للحرارة (ΔH موجبة).

• قيم جهد التأين الأول \(\left(\dfrac{\,\text{kJ}}{\,\text{mol}}\right)\) لبعض العناصر: H 1312 ؛
• Li 520 ، Be 900 ، B 801 ، C 1086 ، N 1402 ، O 1314 ، F 1681 ، Ne 2081 ؛
• Na 496 ، Mg 738 ، Al 578 ، Si 787 ، P 1012 ، S 1000 ، Cl 1251 ، Ar 1521 ؛
• K 419 ؛
• Cs 376.

التدرج في الدورات:

• تزداد قيم جهد التأين كلما اتجهنا ناحية اليمين، بسبب زيادة شحنة النواة الفعالة وكذلك نقص نصف قطر الذرة، مما يؤدي إلى زيادة قوة جذب النواة لإلكترونات التكافؤ فتحتاج إلى طاقة كبيرة لفصلها عن الذرة.
• أي أن جهد التأين يتناسب عكسيًا مع نصف قطر الذرة.
• (وتحدث شذوذات طفيفة عند المجموعتين 3A و6A بسبب استقرار المستويات الفرعية الممتلئة ونصف الممتلئة، مثل N > O.)

التدرج في المجموعات:

• يقل جهد التأين رأسيًا في المجموعة الواحدة بزيادة العدد الذري، لأنه بزيادة عدد الأغلفة الإلكترونية يزداد نصف قطر الذرة، وبالتالي تقل قوة جذب النواة لإلكترونات التكافؤ فتقل الطاقة اللازمة لإزالتها.

جهد التأين الأول للغازات النبيلة في المجموعة الصفرية مرتفع لاستقرار نظامها الإلكتروني، إذ يصعب إزاحة إلكترون من مستوى طاقة مكتمل.

جهود التأين المتتالية.

• يزداد جهد التأين الثاني عن جهد التأين الأول لزيادة شحنة النواة الفعالة (يُنتزع الإلكترون من أيون موجب).
• ويزداد جهد التأين الثالث لعناصر المجموعة 2A زيادة كبيرة جدًا إذ يتسبب ذلك في كسر مستوى طاقة مكتمل بالإلكترونات.
• ويوضح ذلك جهود تأين الماغنسيوم:

• \[\begin{gathered}\,\text{Mg}(g) \rightarrow \,\text{Mg}^{+}(g) + e^{-} \Delta H = +737 \,\text{kJ}/\,\text{mol}\end{gathered}\]
• \[\begin{gathered}\,\text{Mg}^{+}(g) \rightarrow \,\text{Mg}^{2+}(g) + e^{-} \Delta H = +1450 \,\text{kJ}/\,\text{mol}\end{gathered}\]
• \[\begin{gathered}\,\text{Mg}^{2+}(g) \rightarrow \,\text{Mg}^{3+}(g) + e^{-} \Delta H = +7730 \,\text{kJ}/\,\text{mol}\end{gathered}\] (قفزة كبيرة مفاجئة: الإلكترون من المستوى 2p⁶ المستقر)