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Ionisierungsenergien und Photoelektronenspektren

ChemieAtombau und PeriodensystemAlter 15–16

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Ein logarithmisches Diagramm der aufeinanderfolgenden Ionisierungsenergien eines beliebigen Elements von H bis Ca zeigt den großen Sprung, wenn ein Elektron aus einer inneren Schale entfernt wird; daraus lassen sich die Zahl der Außenelektronen und die Gruppe ableiten. Der Bildschirm Erste Ionisierung zeigt den Verlauf in den Perioden 2 und 3 (mit den Einbrüchen bei B, Al und O, S, erklärt mit Kästchenschreibweise) und innerhalb einer Gruppe; der Bildschirm Photoelektronenspektrum zeichnet einen Peak pro Unterschale mit einer Höhe proportional zu ihren Elektronen; der Bildschirm Wasserstoffspektrum bestimmt die Ionisierungsenergie aus der Seriengrenze der Lyman-Serie.

Lektion: Ionisierungsenergien, Elektronenkonfiguration, Photoelektronenspektroskopie und das Emissionsspektrum des Wasserstoffs

Was sie zeigt

Aufeinanderfolgende Ionisierungsenergien steigen immer, springen aber stark an, wenn das nächste Elektron aus einer Schale näher am Kern stammt; das belegt den Schalenaufbau. Innerhalb einer Periode steigt die erste Ionisierungsenergie mit der Kernladung, mit Einbrüchen dort, wo eine neue p-Unterschale beginnt und wo sich p-Elektronen erstmals paaren; innerhalb einer Gruppe sinkt sie, weil das Außenelektron weiter entfernt und stärker abgeschirmt ist. Ein Photoelektronenspektrum zeigt einen Peak pro Unterschale. Die Seriengrenze des Wasserstoffs liefert IE = hν∞. Daten: NIST für Atome und Ionen im Gaszustand.

So funktioniert es

Wählen Sie einen Bildschirm. Bei Folgende Ionisierungen bewegen Sie den Regler Element oder nutzen ◀ ▶, deaktivieren Logarithmische Skala zum Vergleich und tippen auf einen Balken. Bei Erste Ionisierung wählen Sie unter Anzeigen eine Periode oder Gruppe und tippen auf einen Punkt. Beim Photoelektronenspektrum tippen Sie auf einen Peak oder drücken Rätselspektrum und ändern das Element, bis die Spektren übereinstimmen. Beim Wasserstoffspektrum ändern Sie Gemessene Linien und lesen die Tabelle.

Einstellbare Parameter

  • Bildschirm Aufeinanderfolgende Ionisierungsenergien, Erste Ionisierungsenergie in Perioden und Gruppen, Photoelektronenspektrum (PES), Wasserstoffspektrum und Seriengrenze
  • Ordnungszahl Z (1 = H … 20 = Ca) 1–20
  • Logarithmische Skala für die Ionisierungsenergie
  • Ansicht der ersten Ionisierungsenergie Alle Elemente Z = 1–56, Periode 2, Periode 3, Gruppe 1, Gruppe 2, Gruppe 17, Gruppe 18
  • Anzahl gemessener Lyman-Linien 3–10

Fragen zum Erkunden

  1. Warum ist der Sprung zwischen der ersten und zweiten Ionisierungsenergie von Natrium so groß?
  2. Warum ist die erste Ionisierungsenergie von Sauerstoff kleiner als die von Stickstoff?
  3. Worin unterscheidet sich das Photoelektronenspektrum von Magnesium von dem des Natriums?

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