අයනීකරණ ශක්තිය, ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගැනීමේ ශක්තිය හා විද්‍යුත් සෘණතාව
පළමු හා අනුයාත අයනීකරණ ශක්ති හා ඒවා පාලනය කරන සාධක, 2 හා 3 ආවර්ත හරහා ප්‍රවණතා හා පහත වැටීම්, ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගැනීමේ ශක්තිය හා පෝලිං විද්‍යුත් සෘණතාව සහ එහි ප්‍රවණතා.
පළමු අයනීකරණ ශක්තිය (First Ionisation Energy)
මූලද්‍රව්‍යයක පළමු අයනීකරණ ශක්තිය ($IE_1$) යනු භූමි අවස්ථාවේ ඇති වායුමය පරමාණු මවුලයක සෑම පරමාණුවකින් ම වඩාත් ලිහිල්ව බැඳී ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනය ඉවත් කර වායුමය ඒක ධන අයන මවුලයක් සෑදීමට අවශ්‍ය අවම ශක්තිය යි: $$\text{X(g)} \rightarrow \text{X}^+\text{(g)} + e^- \qquad \Delta H = IE_1$$ ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් න්‍යෂ්ටියෙන් ඉවතට ඇදීමට සැම විට ම ශක්තිය සැපයිය යුතු බැවින් අයනීකරණ ශක්ති ධන (තාපාවශෝෂක) වේ. සෝඩියම් සඳහා $IE_1 = 496\ \text{kJ mol}^{-1}$. පරමාණු එකිනෙකින් වෙන් කිරීමට ශක්තියක් අවශ්‍ය නොවන ලෙස ඒවා වායුමය විය යුතු ය.
ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ඉවත් කිරීම කොතරම් අපහසු දැයි සාධක හතරක් තීරණය කරයි:
- න්‍යෂ්ටික ආරෝපණය: ප්‍රෝටෝන වැඩි නම් ආකර්ෂණය ප්‍රබල වන අතර IE ඉහළ ය;
- න්‍යෂ්ටියේ සිට දුර: ඉහළ කවචයක ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් පිටතින් පිහිටන බැවින් ඉවත් කිරීම පහසු ය;
- ඇතුළත ඉලෙක්ට්‍රෝන මගින් ආවරණය: ඇතුළත කවච වැඩි නම් ආකර්ෂණය දුර්වල ය;
- උප කවචය හා යුගල වීම: එකම කවචයේ s ඉලෙක්ට්‍රෝනයකට වඩා p ඉලෙක්ට්‍රෝනයක ශක්තිය මඳක් වැඩි ය; එක් කාක්ෂිකයක යුගල වූ ඉලෙක්ට්‍රෝන දෙකක් එකිනෙක විකර්ෂණය කරයි.
පළමු අයනීකරණ ශක්තියේ ප්‍රවණතා
| මූලද්‍රව්‍යය | H | He | Li | Be | B | C | N | O | F | Ne |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| $IE_1$ / kJ mol⁻¹ | 1312 | 2372 | 520 | 899 | 801 | 1086 | 1402 | 1314 | 1681 | 2081 |
| මූලද්‍රව්‍යය | Na | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | K | Ca |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| $IE_1$ / kJ mol⁻¹ | 496 | 738 | 578 | 787 | 1012 | 1000 | 1251 | 1521 | 419 | 590 |
ආවර්තයක් හරහා $IE_1$ සාමාන්‍යයෙන් වැඩි වේ; න්‍යෂ්ටික ආරෝපණය වැඩි වන අතර ඉලෙක්ට්‍රෝන ඉවත් වන්නේ අමතර ආවරණයක් අල්පව ඇති එකම කවචයෙන් බැවින් පරමාණු කුඩා වී ඒවායේ ඉලෙක්ට්‍රෝන තදින් අල්ලා ගනී. සෑම ආවර්තයක ම අවසානයේ ඇති උච්ච වායුවට ඉහළම අගය ඇත; සියල්ලට ම වඩා ඉහළම අගය හීලියම්වලට ය.
කාණ්ඩයක් පහළට $IE_1$ අඩු වේ (Li 520, Na 496, K 419): පිටත ඉලෙක්ට්‍රෝනය ඉහළ කවචයක, න්‍යෂ්ටියෙන් ඈතින් හා වඩා හොඳින් ආවරණය වී පිහිටයි. න්‍යෂ්ටික ආරෝපණයේ වැඩිවීම මෙයින් යටපත් වේ.
2 හා 3 ආවර්තවල එක එකක කුඩා පහත වැටීම් දෙකක් ඇත:
- Be → B හා Mg → Al. B යනු $1s^2,2s^2,2p^1$: එහි පිටත ඉලෙක්ට්‍රෝනය 2s ට වඩා ඉහළ ශක්තියක් ඇති හා 2s ඉලෙක්ට්‍රෝන මගින් අර්ධ වශයෙන් ආවරණය වූ 2p කාක්ෂිකයක ඇත. එය Be හි 2s ඉලෙක්ට්‍රෝනයකට වඩා ඉවත් කිරීම පහසු ය.
- N → O හා P → S. N යනු $2p^3$ වන අතර සෑම 2p කාක්ෂිකයක ම එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් බැගින් ඇත. O ($2p^4$) හි ඉලෙක්ට්‍රෝන දෙකක් එක් කාක්ෂිකයක් බෙදා ගනී; ඒවායේ අන්‍යෝන්‍ය විකර්ෂණය නිසා ඉන් එකක් ඉවත් කිරීම පහසු වේ. (N හි අර්ධව පිරුණු $2p^3$ සැකැස්ම සමහර විට "අමතර ස්ථායී" ලෙස විස්තර කරනු ලැබුව ද, විභාග පිළිතුරුවල මෙයත්, O හි යුගල ඉලෙක්ට්‍රෝන විකර්ෂණයත් පිළිගනු ලබයි; දෙක ම සඳහන් කිරීම වඩාත් ආරක්ෂිත ය.)
උච්ච වායුවක සිට ඊළඟ ක්ෂාර ලෝහයට ඇති විශාල පහත වැටීමට (Ne 2081 → Na 496) හේතුව ඊළඟ ඉලෙක්ට්‍රෝනය නව කවචයක් ආරම්භ කිරීම යි.
අනුයාත අයනීකරණ ශක්ති (Successive Ionisation Energies)
දෙවන අයනීකරණ ශක්තිය යනු $\text{X}^+\text{(g)} \rightarrow \text{X}^{2+}\text{(g)} + e^-$ සඳහා ශක්තිය යි; ඉතිරිය ද එලෙස ම ය. අනුයාත අයනීකරණ ශක්ති සැම විට ම වැඩි වේ: සෑම ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් ම ඉවතට අදිනු ලබන්නේ වඩා ධන වූ අයනයකින් ය. ඉලෙක්ට්‍රෝන එකම කවචයෙන් ඉවත් වන තාක් වැඩිවීම් ක්‍රමික වන අතර ඊළඟ ඉලෙක්ට්‍රෝනය න්‍යෂ්ටියට ළං, අඩුවෙන් ආවරණය වූ ඇතුළත කවචයකින් ගත යුතු වූ විට ඉතා විශාල පැනීමක් ඇති වේ.
ඇලුමිනියම් ($1s^2,2s^2,2p^6,3s^2,3p^1$) සඳහා පැනීම ඇති වන්නේ තුන්වන ඉලෙක්ට්‍රෝනයෙන් පසුව ය ($IE_3 = 2745$, $IE_4 = 11,577\ \text{kJ mol}^{-1}$): ඇලුමිනියම්වලට පිටත ඉලෙක්ට්‍රෝන තුනක් ඇති අතර එය 13 කාණ්ඩයේ ය. 11 වන ඉලෙක්ට්‍රෝනයෙන් පසු ඇති දෙවන දැවැන්ත පැනීමෙන් $n = 1$ කවචයට ඇතුළු වීම සලකුණු වේ. කවච පවතින බවට ලැබුණු මුල් ම සාක්ෂි අතර අනුයාත අයනීකරණ ශක්ති විය.
උදාහරණය: මූලද්‍රව්‍යයක පළමු අයනීකරණ ශක්ති හතර 738, 1451, 7733 හා 10 540 $\text{kJ mol}^{-1}$ වේ. විශාල පැනීම $IE_2$ හා $IE_3$ අතර ඇති බැවින් මූලද්‍රව්‍යයට පිටත ඉලෙක්ට්‍රෝන දෙකක් ඇත: එය 2 කාණ්ඩයේ ය (එය මැග්නීසියම් ය) හා $\text{X}^{2+}$ අයන සාදයි.
ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගැනීමේ ශක්තිය (Electron Gain Energy)
පළමු ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගැනීමේ ශක්තිය (ඉලෙක්ට්‍රෝන බන්ධුතාව) යනු වායුමය පරමාණු මවුලයක සෑම පරමාණුවක් ම ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් බැගින් ලබා වායුමය ඒක ඍණ අයන මවුලයක් සෑදෙන විට සිදු වන ශක්ති විපර්යාසය යි: $$\text{X(g)} + e^- \rightarrow \text{X}^-\text{(g)}$$ බොහෝ අලෝහ සඳහා ශක්තිය මුදා හැරේ (අගය ඍණ ය); එකතු කළ ඉලෙක්ට්‍රෝනය න්‍යෂ්ටිය මගින් ආකර්ෂණය වන බැවිනි.
| පරමාණුව | F | Cl | Br | I | O | S | N | C |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගැනීමේ ශක්තිය / kJ mol⁻¹ | −328 | −349 | −325 | −295 | −141 | −200 | ≈ +7 | −122 |
- 17 කාණ්ඩයේ මූලද්‍රව්‍ය වැඩිම ශක්තියක් මුදා හරියි: එක් ඉලෙක්ට්‍රෝනයකින් ඒවායේ පිටත p උප කවචය සම්පූර්ණ වේ.
- වඩාත් ම ඍණ අගය ඇත්තේ ෆ්ලුවොරීන්වලට නොව ක්ලෝරීන්වලට ය. ෆ්ලුවොරීන් කොතරම් කුඩා ද යත් පැමිණෙන ඉලෙක්ට්‍රෝනය එහි 2p උප කවචයේ දැනටමත් තදබදව ඇති ඉලෙක්ට්‍රෝන මගින් ප්‍රබලව විකර්ෂණය වේ.
- නයිට්‍රජන් ($2p^3$), 2 කාණ්ඩයේ ලෝහ ($ns^2$) හා උච්ච වායුවල අගය ශුන්‍යයට ආසන්න හෝ ධන ය: ඉලෙක්ට්‍රෝනය නව හෝ ඉහළ උප කවචයකට යා යුතු ය, නැතහොත් යුගල විය යුතු ය.
- දෙවන ඉලෙක්ට්‍රෝන ලබා ගැනීමේ ශක්තිය සැම විට ම ධන ය (O⁻ සිට O²⁻ සඳහා එය ආසන්න වශයෙන් $+800\ \text{kJ mol}^{-1}$): දැනටමත් ඍණ වූ අයනයකට ඉලෙක්ට්‍රෝනයක් බලෙන් ඇතුළු කෙරේ. එසේ වුව ද ඔක්සයිඩ සෑදෙන්නේ O²⁻ අයන ඝන දැලිස සාදන විට මුදා හැරෙන විශාල ශක්තිය (MgO හි දැලිස් එන්තැල්පිය ආසන්න වශයෙන් 3800 kJ mol⁻¹ කි) එය පියවීමට වඩා වැඩි බැවිනි.
විද්‍යුත් සෘණතාව (Electronegativity)
විද්‍යුත් සෘණතාව යනු සහසංයුජ බන්ධනයක ඇති පරමාණුවකට හවුල් ඉලෙක්ට්‍රෝන යුගලය තමා වෙතට ආකර්ෂණය කර ගැනීමේ හැකියාව යි. එය සෘජුව මනිනු නොලැබේ; ලීනස් පෝලිංගේ පරිමාණය ෆ්ලුවොරීන්වලට ඉහළම අගය දෙයි.
- එය ආවර්තයක් හරහා වැඩි වන (ඉහළ සඵල න්‍යෂ්ටික ආරෝපණය, කුඩා පරමාණුව) අතර කාණ්ඩයක් පහළට අඩු වේ (බන්ධන ඉලෙක්ට්‍රෝන න්‍යෂ්ටියෙන් ඈතින් හා වඩා හොඳින් ආවරණය වී ඇත).
- වඩාත් ම විද්‍යුත් සෘණ මූලද්‍රව්‍ය F (3.98), O (3.44), N හා Cl (ආසන්න වශයෙන් 3.0–3.2) වේ. අඩුම ඒවා පහළ වමේ ඇති Cs හා Fr (ආසන්න වශයෙන් 0.8) ය.
- උච්ච වායු කලාතුරකින් බන්ධන සාදන බැවින් සාමාන්‍යයෙන් ඒවාට අගයක් දෙනු නොලැබේ.
බැඳී ඇති පරමාණු දෙකක් අතර විද්‍යුත් සෘණතා වෙනස මගින් බන්ධනය කොතරම් ධ්‍රැවීය දැයි තීරණය වේ: සමාන අගය නිර්ධ්‍රැවීය සහසංයුජ බන්ධනයක් ද, කුඩා වෙනසක් ධ්‍රැවීය සහසංයුජ බන්ධනයක් ද, විශාල වෙනසක් (ආසන්න වශයෙන් 2 ට වැඩි) මූලික වශයෙන් අයනික බන්ධනයක් ද දෙයි. 2 වන ඒකකය මේ මත ගොඩනැඟේ.
| ගුණය | ආවර්තයක් හරහා (වමේ සිට දකුණට) | කාණ්ඩයක් පහළට |
|---|---|---|
| පරමාණුක අරය | අඩු වේ | වැඩි වේ |
| පළමු අයනීකරණ ශක්තිය | වැඩි වේ (පහත වැටීම් සහිතව) | අඩු වේ |
| විද්‍යුත් සෘණතාව | වැඩි වේ | අඩු වේ |
| ලෝහමය ලක්ෂණය | අඩු වේ | වැඩි වේ |
Exam tip: අයනීකරණ ශක්ති ප්‍රවණතාවක් පැහැදිලි කිරීමට අසන විට සාධක (න්‍යෂ්ටික ආරෝපණය, දුර, ආවරණය) නම් කර ජය ගන්නේ කුමන සාධකය දැයි කියන්න. පහත වැටීම් සඳහා ඉලෙක්ට්‍රෝන වින්‍යාස උපුටා දක්වන්න (B: $2s^2,2p^1$; O: යුගල වූ 2p කාක්ෂිකයක් සහිත $2s^2,2p^4$). අර්ථ දැක්වීම්වලට වායුමය පරමාණු හා එක් මවුලයක් අවශ්‍ය බව මතක තබා ගන්න.