Почему первая ионизационная энергия алюминия ниже, чем у магния

Первая ионизационная энергия – это энергия, необходимая для удаления одного электрона из атома в нейтральном состоянии. У алюминия и магния есть свои уникальные характеристики и свойства, которые влияют на их первую ионизационную энергию.

Следует отметить, что алюминий и магний находятся в одной группе периодической таблицы элементов, группе 3. Они оба имеют электронную конфигурацию s^2 p^1, что означает наличие одного электрона в внешней электронной оболочке. Однако, первая ионизационная энергия алюминия ниже, чем у магния.

Причина этого различия связана с эффективностью экранирования ядра. У алюминия 13 протонов в ядре, в то время как у магния их 12. Большее число протонов в ядре алюминия означает более сильное притяжение электрона во внешней оболочке к ядру, что делает его удаление труднее. Однако, на счету алюминия также находятся 10 электронов, заполняющих более близкие к ядру энергетические уровни. Это создает электронный экран, снижая эффективность притяжения ядра, и, следовательно, позволяет электрону на внешнем уровне удалиться легче, что и объясняет более низкую первую ионизационную энергию у алюминия по сравнению с магнием.

Отличия первой ионизационной энергии у алюминия и магния

Первая ионизационная энергия магния (Mg) составляет 737,7 кДж/моль, в то время как у алюминия (Al) эта энергия равна 577,5 кДж/моль.

Одной из причин более низкой первой ионизационной энергии у алюминия является его электронная конфигурация. У алюминия электронная конфигурация 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹, то есть последний электрон находится в p-подуровне. Это означает, что отрыв этого электрона требует меньшей энергии, чем отрыв электрона магния.

У магния электронная конфигурация 1s² 2s² 2p⁶ 3s². Поскольку последний электрон в s-подуровне, его отрыв требует большей энергии.

Таким образом, различия в расположении электронов в электронной оболочке ионов алюминия и магния объясняют различия в их первой ионизационной энергии.

Атомный радиус магния меньше, чем у алюминия

В периодической системе элементов атомный радиус обычно увеличивается по мере движения вниз по группе и уменьшается по мере движения вправо по периоду. Это связано с изменениями в заряде ядра атома и конфигурацией электронов.

Магний и алюминий находятся в одной группе периодической системы элементов, но атомный радиус магния меньше, чем у алюминия. Это связано с тем, что магний имеет большее количество электронов на своей внешней электронной оболочке по сравнению с алюминием.

Именно электроны на внешней оболочке оказываются в основном наименее притягиваемыми ядром атома ионизируется при потере или приобретении электронов. Более высокая зарядность электронов на внешней оболочке магния приводит к более сильному отталкиванию этих электронов и создаются более компактные электронные оболочки, что ведет к меньшему атомному радиусу магния по сравнению с алюминием.

Таким образом, меньший атомный радиус магния обусловливает более сильное притяжение его внешних электронов ядром атома, что требует большей энергии для их ионизации, и поэтому первая ионизационная энергия магния выше, чем у алюминия.

Структура электронных оболочек отличается

У алюминия в его атоме находятся 13 электронов, распределенных по электронным оболочкам. Первые два электрона занимают первую оболочку, вторые восемь — вторую оболочку, а третья оболочка содержит три электрона. В то время как у магния, имеющего 12 электронов, первые два электрона также находятся на первой оболочке, а всего вторая оболочка содержит восемь электронов.

Из-за этого различия в структуре оболочек электронов, атом алюминия имеет слабее притяжение к своим электронам, что делает первую ионизационную энергию алюминия ниже, чем у магния. У алюминия легче отделять один из электронов от атома, чем у магния.

Количество электронов в энергетических уровнях разное

Атом алюминия имеет электронную конфигурацию [Ne] 3s² 3p¹, а атом магния — [Ne] 3s². Это означает, что у алюминия есть дополнительный электрон в энергетическом уровне 3p, который слабо удерживается ядром. Адресная энергия алюминия, то есть энергия, необходимая для удаления этого электрона, ниже, чем у магния.

Когда алюминий теряет свой электрон, он образует ион Al⁺ с электронной конфигурацией [Ne] 3s². Этот процесс требует меньше энергии из-за того, что алюминий имеет более слабо связанный электрон в энергетическом уровне 3p.

Таким образом, первая ионизационная энергия алюминия ниже, чем у магния, поскольку алюминий имеет электрон в более высоком энергетическом уровне, который слабо связан с ядром.

Полярность возбужденного атома в алюминии ниже, чем в магнии

Первая ионизационная энергия характеризует энергию, необходимую для удаления одного электрона с атома в возбужденном состоянии. В случае алюминия и магния, первая ионизационная энергия алюминия оказывается ниже, чем у магния. Это объясняется различием в полярности возбужденного атома этих элементов.

Возбужденный атом алюминия имеет меньшую полярность по сравнению с атомом магния. Полярность возбужденного атома зависит от разницы электроотрицательностей электронов и ядра. В случае алюминия, атом имеет меньшую разницу электроотрицательностей, что приводит к меньшей полярности.

Меньшая полярность возбужденного атома алюминия ослабляет силу электростатического притяжения между электронами и ядром, что делает первую ионизационную энергию алюминия ниже, чем у магния.

Силы притяжения ядра и электронов магния выше

Вышеупомянутая сила притяжения ядра и электронов магния оказывает большее влияние на внешние электроны, что делает их более тесно связанными с ядром. В результате, энергия, необходимая для удаления этих электронов, будет выше, что приводит к более высокой первой ионизационной энергии.

Расположение атомов в периоде отличается

Расположение атомов в периоде может оказывать влияние на энергию, необходимую для удаления одного электрона из атома. Более конкретно, первая ионизационная энергия, которая определяет энергию, необходимую для удаления самого слабо связанного электрона из атома, может быть различной у элементов в периоде.

В периоде алюминий, с атомным номером 13, и магний, с атомным номером 12, расположены друг за другом. Однако, атом алюминия имеет на один электрон больше, чем атом магния. Это означает, что атом алюминия имеет большее количество протонов в ядре и большую электрическую силу притяжения на электроны. Это является причиной того, что первая ионизационная энергия алюминия ниже, чем у магния.

Внутренние энергии атомов различаются

Внутренняя энергия атома определяется расположением электронов в его электронных оболочках. Атом алюминия имеет 13 электронов, которые располагаются на трех электронных оболочках – 2 электрона на первой оболочке, 8 на второй и 3 на третьей. Атом магния, в свою очередь, имеет 12 электронов – 2 на первой оболочке и 8 на второй.

Важно отметить, что энергия электрона на каждой оболочке зависит от расстояния до ядра и от силы взаимодействия с прочими электронами. Таким образом, атом алюминия, имея большее количество электронов и более широкие электронные оболочки, имеет более слабое взаимодействие между электронами и ядром, что приводит к снижению первой ионизационной энергии.

В то же время, у атома магния, с его меньшим количеством электронов и более компактной электронной оболочкой, взаимодействие между электронами и ядром сильнее, что приводит к большей первой ионизационной энергии.

Таким образом, различное расположение электронов и взаимодействие между электронами и ядром атомов алюминия и магния являются основной причиной различия в ионизационной энергии этих элементов.