La energía de ionización y la función de trabajo

La energía de ionización y la función de trabajo ( revisado )

Antecedentes y interpretación real

La energía necesaria para extraer un electrón de una , un átomo en fase gaseosa átomo aislado Cuando no está conectado a otros como en un líquido de oro macizo , se llama energía de ionización de vencimiento ( IE) .
M ( g ) ----> M + ( g ) + e-
En términos generales, las energías de ionización Reducir a un grupo de la tabla periódica , y aumentan de izquierda a derecha a través de un período . La energía de ionización exhibe una fuerte correlación negativa con radio atómico . Hay una dependencia de energía de ionización a partir del número carga nuclear de los niveles de energía , y el blindaje .
A medida que la carga aumenta nuclear, la atracción intermediarios del núcleo y los electrones aumenta y se requiere más energía para extraer el electrón más externo que significa agrupación y hay una mayor energía de ionización . A lo largo de la tabla periódica se puede observar un aumento de la energía de ionización con el aumento de la carga nuclear.
En la misma columna de la tabla periódica , el efecto del aumento de la carga nuclear es equilibrada por el efecto de aumento de blindaje , y el número de niveles de energía se convierte en el factor predominante . Con más niveles de energía, los electrones más externos ( los electrones de valencia ) son aún más superior del núcleo y no están tan fuertemente atraídos hacia el núcleo . Malthus la energía de ionización de los elementos disminuye a medida que se baja la tabla periódica porque es más fácil para eliminar los electrones.
Energías de ionización difieren significativamente , dependiendo de la cáscara de todo el que se toma el electrón . Por ejemplo , se necesita menos energía para eliminar de un AP de electrones s de electrones , aún menos energía para extraer anuncio de electrones , y la menor cantidad de energía para extraer un electrón f . Se considera que los electrones retenidos s están más cerca del núcleo, mientras que f electrones están lejos del núcleo y menos fuertemente arraigadas.
La naturaleza periódica de ionización de energía para los últimos 20 Elementos del primer electrón se presenta en la figura . 1 . Con cada nuevo período de la energía de ionización se inicia con un valor bajo. Dentro de cada periodo hay un aumento de valor de la energía con unos dientes de sierra . La variación dentro de un período corresponde a los subniveles en los niveles de energía .

La figura 1 . Variación de la energía de ionización
Para H incorporara las que sólo un único electrón que se mueve alrededor del núcleo habrá un solo valor para el potencial de ionización .
Para otros elementos , la extracción de cada electrón posterior requiere aún más energía , por lo que un valor separado y el aumento del potencial de ionización es más medido por los electrones del núcleo , se vuelve más difícil de quitar electrones adicionales porque están más cerca del núcleo y Malthus Held Totalmente de más por la carga neta positiva del núcleo.
En términos más generales , la energía de ionización enésima de un átomo es la energía necesaria para despojarlo de una enésima electrones Eficaz el primer n - 1 lo ha - sido eliminado .
Para explicar la energía de ionización , la teoría cuántica no tiene una , fórmula especial " así, matemáticamente , se acepta el viejo tratamiento Bohr.
Además de la energía de ionización de una nueva unidad física era necesaria para ser aceptado - función de trabajo - , sobre todo nosotros, los experimentos basados ​​fotoeléctricos . Función de trabajo es la cantidad de energía necesaria para arrancar un electrón de un material a granel (sólido o líquido) .
En algunos textos científicos , el potencial de ionización y la función de trabajo de cualquier metal que se considera de la misma , propósito sus valores son diferentes de los semiconductores o aislantes . De hecho , la mecánica cuántica definen la función de trabajo como la energía requerida para quitar un electrón de nivel de Fermi a vacío . La función de trabajo es una propiedad característica para cualquier cara sólida de una sustancia con una banda de conducción (vacío o parcialmente lleno ) . Para un metal, el nivel de Fermi se encuentra dentro de la banda de conducción . Para un aislante , el nivel de Fermi se encuentra dentro de la banda prohibida , lo que indica indicación de una banda de conducción vacía , en este caso , la energía mínima para quitar un electrón es aproximadamente la suma de la mitad del intervalo de banda , y la función de trabajo .
Otros textos presentan una correlación empírica conocida intermediarios el potencial de ionización atómica (IP ) y la función de trabajo del metal ( WF )

                                                IP / WF ≈ 2
Hechos experimentales muestran que la función de trabajo depende de la orientación del cristal y es una especie de cristalización . Por ejemplo Ag: 4.26 , Ag ( 110 ) : 4.64 , Ag ( 111 ) : 4.74 .

¿Por qué la explicación real es errónea ...

En la teoría de la estructura atómica real , potencial de ionización juega un importancia secundaria . La variación del potencial de ionización de electrón externo última se utiliza sólo como medios para periodicidad química . La variación de los potenciales de ionización de electrones diferentes desde el mismo elemento o la variación de los potenciales de ionización de la misma de electrones interno de diferentes elementos No presenta ninguna importancia real en mecánico cuántico .
En efecto mecánico cuántico es ble para resolver la ecuación de Schrödinger sólo por átomos de hidrógeno o hidrogenadas chicos. Por lo tanto, es una idea absurda , las TIC pretensión de explicar la variación de los potenciales de ionización en el sistema periódico. En primer lugar , en el caso de un solo átomo de hidrógeno , mecánica cuántica debe explicar por qué los átomos de diferente potencial de ionización es la misma. Si electrón No sigue una trayectoria alrededor de algunos núcleos , y su descripción es como una nube , el potencial de ionización de diferentes átomos deben tener una distribución estadística.
Es importante hacer hincapié en que el potencial de ionización Fundamentales debe desempeñar un papel en la estructura atómica. Esta Dispuesta porque los electrones se encuentran en los depósitos y en cada shell de nuevo una diferencia en la energía de ionización se observa. En mecánica cuántica la diferencia de energía de ionización de los electrones en el mismo shell está dada por electrones de espín de energía e interacción intermediarios Eventualmente electrones.
Propuesto En teoría , los valores distintos de potencial de ionización Dada se deben a las diferentes órbitas de los electrones alrededor de los movimientos del núcleo .
En el cálculo se utilizó una base de datos con potenciales de ionización que se encuentran en http://spectr-w3.snz.ru siguiente dirección .
Sin hacer ninguna suposición acerca de la disposición de electrones alrededor del núcleo, vamos a analizar el potencial de ionización para la serie isoelectrónico . Por series isoelectrónico queremos decir el mismo número de electrones meta año Aumento del número de neutrones en el núcleo de protones , respectivamente . Debido al espacio limitado para la visualización de la ficha 1 se presentan los potenciales de ionización para los primeros 15 elementos, hechos objetivos presentados por los elementos de tesis son válidos para todos los elementos en el sistema periódico.

Analizando el primer potencial de ionización de serie isoelectrónico ( un electrón alrededor del núcleo ) se observó una dependencia cuadrática relacionada con el número atómico Z. La dependencia cuadrática es fácil de ser observada por primera serie isoelectrónico destinados a otras series se oculta mediante la adición de un factor constante en la expresión de energía . Para llegar a una dependencia lineal vamos a trabajar con la raíz cuadrada del potencial de ionización y vamos a hacer algunas aussi trucos matemáticos simples.

Definimos potencial de ionización relativa de un elemento de orden k de electrones potencial de ionización como k-ésimo dividido por el potencial de ionización de electrones de hidrógeno . Por ejemplo, en el caso de potencial relativo de hidrógeno es 1 , y para el helio Tenemos dos potenciales de ionización relativos, 1,8 para un electrón y 3,99 para el segundo electrón . Para otros elementos en la modalidad de ionización potencial de cálculo son los mismos. En la ficha 2 , se presentan en la raíz cuadrada de los potenciales de ionización de los primeros 15 elementos.
Con esta simple modificación , la distribución de la raíz cuadrada de la primera potencial de ionización relativo de electrones ( primera serie isoelectrónico ) en diferentes átomos se relaciona linealmente con el número atómico Z y esto es observado desde la pestaña . 2 , incluso sin una representación gráfica .

La variación de la raíz cuadrada de los potenciales de ionización relativos de primera serie 36 isoelectrónico relacionada con los números atómicos Z se presentan en la figura 1.17 y 1.18 , la figura . 1.17 es una porción detallada de 1,18 y se presenta para una mejor visualización de las variaciones potenciales de ionización .

La misma dependencia lineal se observa aussi para una mayor serie isoelectrónico , con un gol de imagen tal cantidad de información no da ninguna información complementaria. Fotos de la serie isoelectrónico se colocan de izquierda a derecha . Para las dos primeras series isoelectrónico , dos líneas paralelas con la misma pendiente se obtienen cuando el número atómico aumenta de helio para conducir . La segunda línea representa la energía del segundo electrón en diferentes átomos modificada es un poco relacionado con la primera serie isoelectrónico debido a un factor de representar a todos los que tiene nueva interacción Aparición. Podemos observar un acoplamiento intermediarios aussi de primera energía de electrones y la energía del segundo electrón Cuando cambiamos a diversos contenidos ( diferentes números atómicos ) , la pendiente de la variación de la energía para las dos primeras series isoelectrónico es constante de helio al último elemento ( la comprobación se formado por Z = 90 ) .
Como se trata de la dependencia lineal observada es respetado por todas las series de electrones isoelectrónico de tesis y aussi para una mayor serie isoelectrónico .

A partir de la representación gráfica de la energía de ionización se puede observar que hay un acoplamiento de electrones en pares mínimos de dos electrones con la misma pendiente de la variación de la energía y una mayor Z , un acoplamiento de dos pares más de electrones que tiene la misma pendiente para cambio de energía . Por ejemplo después de la primera par de electrones , una serie de cuatro pares ( ocho electrones de la órbita ) presentan la misma pendiente en la variación de la energía . Estas distribuciones de ionización potenciales contradicen la teoría cuántica mecánica y aussi hipótesis de onda corpuscular . Es posible que un electrón Tener un movimiento complicado , Teniendo en cuenta como una probabilidad , para presentar una dependencia lineal de los potenciales de ionización .
Como consecuencia , podemos suponer , por el momento, que " , añadiendo que" uno o más electrones de un átomo hidrogenoide tendrá como consecuencias de los cambios en la interacción de energía con un solo período consecutivo , la variación está relacionada con el número atómico .

En el mismo tiempo para la nueva explicación bajo Moseley se puede formular . El salto del electrón de un nivel superior a Comentarios inferiores otro nivel, con dos niveles de energía lineal dependen del número atómico producirá un fotón con una energía proporcional a esa diferencia . Al concluir el factor ecranation debido a otros electrones de los átomos , actual aceptado por mecánica cuántica está mal y la formulación de baja Moseley debe ser corregido.
Por lo tanto , la teoría propuesta , presenta una variación simple y fácil de seguir de potencial de ionización en el sistema periódico Todos que implica una trayectoria precisa de electrones alrededor del núcleo . Quantum explicación teoría basada en la densidad de probabilidad de los electrones alrededor del núcleo y de la dualidad onda - corpúsculo se descartan .
La dependencia lineal de la relación de ionización de energía potencial es aussi preciso para la llamada d y la capa capa de f en mecánica cuántica real. La única diferencia en la distribución de potencial de ionización relativa observada para una capa diferente está representada por la pendiente diferente .
Una discusión detallada de estos serán aspectos arreglos de electrones en los átomos están hechos multielectrónicos .

Quantum mecánico se derrumba por completo llamar cuando , más arriba , el concepto de función de trabajo se analiza .
El valor de la función de trabajo para los metales debe ser igual a la energía de ionización , Debido a que en este caso , basado en el modelo real de enlace metálico , los electrones son libres de moverse en el interior del cristal objetivo encontrar un paso potencial de confinamiento de U en el límite del metal .
De manera comparativa , para algunos elementos , en la pestaña . 1 se presentan los valores de sus pérdidas de ionización Primera y funciones de trabajo.

Tabla 1 . Funciones de trabajo y las ganancias potenciales de ionización

 Observado como es , como regla general , las energías de ionización para todos los metales son función de trabajo a continuación, Mayor . Sodio tiene de metal alcalino tiene la función de trabajo de 2,36 eV potencial de ionización y un valor de 5.13 eV y en el otro lado de aluminio con un potencial de ionización de 5,98 eV tiene la función de trabajo de 4,20 eV . Para el mercurio, la función de trabajo es 4,47 eV y el potencial de ionización es 10,43 eV. Es muy extraño que los teóricos actuales no observamos diferencias y tesis no hizo una interpretación cuántica de esta diferencia de estructura metálica.

Propósito esto no es la pesadilla de la mecánica cuántica. Es bien conocido que los óxidos metálicos presentan un menor metales de función de trabajo y, a continuación aún más baja a continuación, metales alcalinos . Por ejemplo , un cátodo de tungsteno tiene la función de trabajo de igualdad con 4,54 eV y si el óxido de torio de tungsteno está cubierto por la función de trabajo es 2,5 eV .
Cómo cuántico mecánico puede explicar este cambio?
No hay una explicación y, de hecho mecánico cuántica predicen que el tungsteno cubierto por función de trabajo óxido de torio debe tener más de tungsteno entonces pura. En metálico electrones pueden moverse libremente , el objetivo de óxido de metal, Según actual cuota de mecánica cuántica de los electrones son límites polares o iónicos y covalentes no son libres . Por lo tanto, no es un tratamiento necesario matemáticas profundas para observar la inconsistencia de la mecánica cuántica.

Otras mejoras están previstas en el presente texto.