Ionisierungsenergie

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Wenn du in der Chemie zum Periodensystem lernst, triffst du zum Beispiel im Zusammenhang mit der Oktettregel und den Kationen auch auf die Ionisierungsenergie. 


In diesem Artikel helfen wir dir dabei zu verstehen was die Ionisierungsenergie ist, in welcher Einheit sie dargestellt wird und in welchem Bezug sie zum Periodensystem steht.



Was ist die Ionisierungsenergie?


Um ein Elektron von einem Atom oder einem Molekül in der Gasphase zu trennen wird Energie benötigt. Bei diesem Vorgang spricht man auch davon ein Atom oder Molekül zu ionisieren. Die benötigte Energie zur Entfernung des Elektrons aus der Valenzschale eines Atoms bezeichnet man als Ionisierungsenergie. Erzeugt wird diese Energie entweder chemisch, durch Strahlung oder durch eine hohe Temperatur.



Der Hintergrund der Ionisierungsenergie


Jedes Element benötigte eine unterschiedlich starke Ionisierungsenergie, um ein Elektron vom Atom zu entfernen. Wie stark die Ionisierungsenergie für ein Element ausfällt lässt sich durch die Oktettregel einschätzen, da alle Elemente eine Elektronenkonfiguration und eine voll besetzte Valenzschale zur Stabilität anstreben.

Wenn ein Element durch die Abgabe eines Elektrons einen energetisch besseren Zustand erreichen kann, ist die Ionisierungsenergie des Elements niedrig. Bei einem Element, welches dagegen bereits einen guten energetischen Zustand besitzt, ist die Ionisierungsenergie hoch und der Aufwand das Elektron vom Atom zu entfernen entsprechend schwieriger.




Die Auswirkungen der Ionisierungsenergie


Durch den Einsatz der Ionisierungsenergie entwickelt ein elektrisch neutrales Atom oder Molekül eine positive elektrische Ladung. Dies kommt dadurch zustande, dass zuvor eine ausgeglichene Ladung zwischen Atomkern und Elektronenhülle bestand. 


Nach der Entfernung eines Elektrons durch die Ionisierungsenergie wird das Atom (bzw. das Molekül) als positiv ionisiertes Atom/Molekül oder als Kation bezeichnet. Bei den Elementsymbolen wird ein Kation durch ein hochgestelltes + Zeichen dargestellt, z.B. Al+.

Bei einem Kation, welches immer noch Elektronen besitzt, kann die Ionisierungsenergie weiterhin eingesetzt werden. Die Energie, die für die Entfernung der Elektronen benötigt wird, nimmt jedoch mit jeder weiteren Elektronenentfernung zu. Um den mehrfachen Einsatz der Ionisierungsenergie bei einem Kation darzustellen, wird die jeweilige Zahl vor das + Zeichen gesetzt, z.B.  .



Die Einheit der Ionisierungsenergie


Die Ionisierungsenergie für ein einzelnes Elektron wird in eV/Atom angegeben. eV bezeichnet eine Einheit der Energie namens Elektronenvolt. Die Ionisierungsenergie für ein Mol Stoffmenge wird dagegen in kJ/mol angegeben. Die Einheit Joule wird heute für alle Energieformen verwendet.



Die Berechnung der Ionisierungsenergie


Die benötigte Ionisierungsenergie für die erste Ionisierung wird durch die Coulomb-Formel berechnet und hängt von der Anziehungskraft zwischen dem Atomkern und dem entsprechenden Elektron ab. 

Die Coulomb Formel lautet:


 


  • Z: Ordnungs- bzw. Kernladungszahl


  • e:  Elementarladung


  • r: Abstand des Elektrons vom Kern


  •   : Coulomb-Konstante


Mit höherer Protonenzahl im Kern steigt die Ionisierungsenergie, während mit der Entfernung vom Kern die Ionisierungsenergie sinkt. Diese Bindungsenergie wird nach dem Bohrschen Atommodell berechnet.



Die Ionisierungsenergie im Periodensystem


Innerhalb des Periodensystems lässt sich die Ionisierungsenergie anhand der Positionen der Elemente feststellen. 

Die Ionisierungsenergie steigt im Periodensystem in einer Periode unstetig aber stark an. Da die Kernladungszahl in der Periode und damit auch die Anziehung der Elektronen durch den Kern ansteigt, wird mehr Ionisierungsenergie benötigt, um das Elektron vom Atom oder Molekül zu entfernen.

Innerhalb einer Periode nimmt zwar auch die Elektronenzahl in der Hülle zu, jedoch befindet sich das zu entfernende Elektron auf der Außenschale und kann somit nicht von den anderen Elektronen vor der Kernladung abgeschirmt werden. Trotz der Zunahme der Ladung der Elektronenhülle kann die Zunahme der Kernladung also nicht kompensiert werden. Damit nimmt die Ionisierungsenergie in der Periode zu.



Das die Ionisierungsenergie in der Periode nur unstetig ansteigt wird besonders beim Übergang von Stickstoff zum Sauerstoff deutlich. Hierbei nimmt die Ionisierungsenergie von links nach rechts ab. Der Grund hierfür lässt sich aus dem Atomorbitalmodell ablesen, zum Beispiel am Element Stickstoff. 



Stickstoff

Halb besetzte p-Unterschale 

= energiearme, stabile Elektronenkonfiguration

Besonders starke Ionisierungsenergie nötig



Innerhalb einer Gruppe nimmt die Ionisierungsenergie von oben nach unten ab, da sich der Abstand des zu entfernenden Elektrons vom Kern vergrößert. Es muss weniger Ionisierungsenergie aufgewandt werden um das Elektron vom Atom zu entfernen z.B. bei den Erdalkalimetallen:





Ionisierungsenergie – Alles wichtige auf einen Blick


Nun bist du schon am Ende dieses Artikels angekommen und hast viel zur Ionisierungsenergie gelernt. Hier findest du nun noch einmal die wichtigsten Punkt für dich zusammengefasst:


  • Ionisierungsenergie ist die Energie die benötigt wird um ein Elektron von einem Atom oder einem Molekül zu trennen


  • Durch den Einsatz der Ionisierungsenergie entwickelt ein elektrisch neutrales Atom oder Molekül eine positive elektrische Ladung


  • Das Atom nach der Ionisierung wird auch als Kation bezeichnet


  • Auch eine mehrfache Ionisierung eines Atoms ist möglich


  • Die Ionisierungsenergie wird in eV/Atom oder kJ/mol angegeben


  • Die Ionisierungsenergie für die erste Ionisierung wird durch die Coulomb-Formel berechnet


  • Die Ionisierungsenergie steigt im Periodensystem in einer Periode unstetig aber stark an


  • Innerhalb einer Gruppe nimmt die Ionisierungsenergie von oben nach unten ab


Sehr gut! Damit kennst du nun alle wichtigen Fakten zum Thema Ionisierungsenergie. Noch mehr Informationen zum Periodensystem und den Atomen findest du auf StudySmarter.


Finales Ionisierungsenergie Quiz

Frage

Was ist die Ionisierungsenergie?

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Antwort


Ionisierungsenergie ist die Energie die benötigt wird, um ein Elektron aus der Valenzschale eines Atoms zu entfernen.


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Frage

Was wird aus einem elektrisch neutralen Atom oder Molekül durch den Einsatz der Ionisierungsenergie?

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Antwort


Durch den Einsatz der Ionisierungsenergie entwickelt ein elektrisch neutrales Atom oder Molekül eine positive elektrische Ladung


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Frage


Wie kann die Ionisierungsenergie erzeugt werden? 


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Antwort

Chemisch, durch Strahlung oder durch eine hohe Temperatur.

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Frage

Wie bezeichnet man ein Atom/Molekül dessen Elektron durch die Ionisierungsenergie entfernt wurde?

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Antwort


Positiv ionisiertes Atom/Molekül oder Kation


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Frage

Wie wird ein Kation als Elementsymbol dargestellt?

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Antwort


Ein Kation wird durch ein hochgestelltes + Zeichen dargestellt, zum Beispiel .


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Frage

Wie wird ein Kation als Elementsymbol dargestellt, wenn die Ionisierungsenergie mehrfach eingesetzt wurde?

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Antwort


Um den mehrfachen Einsatz der Ionisierungsenergie bei einem Kation darzustellen, wird die jeweilige Zahl vor das + Zeichen gesetzt, z.B. .


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Frage

Welche Formel wird zur Berechnung der Ionisierungsenergie genutzt?

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Antwort


Die Coulomb-Formel wird zur Berechnung der Ionisierungsenergie genutzt


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Frage

Wie verhält sich die Ionisierungsenergie im Periodensystem innerhalb der Periode von links nach rechts?

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Antwort


Die Ionisierungsenergie steigt im Periodensystem in einer Periode unstetig aber stark an


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Frage

Wie verhält sich die Ionisierungsenergie im Periodensystem beim Übergang von Stickstoff zum Sauerstoff?

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Antwort


Die Ionisierungsenergie nimmt von links nach rechts ab.


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Wie verhält sich die Ionisierungsenergie im Periodensystem innerhalb der Gruppe von oben nach unten? 

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Antwort

Innerhalb einer Gruppe nimmt die Ionisierungsenergie von oben nach unten ab.


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Frage

Weshalb nimmt die Ionisierungsenergie in den Gruppen des Periodensystems von oben nach unten ab?

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Antwort


Die Ionisierungsenergie nimmt ab, da sich der Abstand des zu entfernenden Elektrons vom Kern vergrößert.


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Frage

In welcher Einheit wird die Ionisierungsenergie angegeben?

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Antwort


Die Ionisierungsenergie für ein einzelnes Elektron wird in eV (Elektronenvolt)/Atom angegeben. Die Ionisierungsenergie für ein Mol Stoffmenge wird dagegen in kJ/mol angegeben.


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Frage


Mit welchem Modell wird die Bindungsenergie der Atome berechnet? 


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Antwort

Mit dem Bohrschen Atommodell.

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Frage

Was geschieht mit steigender Protonenzahl im Kern mit der Ionisierungsenergie?

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Antwort


Mit höherer Protonenzahl im Kern steigt die benötigte Ionisierungsenergie.


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Frage


Was geschieht mit steigender Entfernung des Elektrons vom Atomkern? 

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Antwort

Mit der Entfernung vom Kern sinkt die benötigte Ionisierungsenergie.


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