L'énergie d'ionisation et fonction de travail

L'énergie d'ionisation et fonction de travail (révisé )

Contexte et interprétation actuelle

L'énergie nécessaire à l'élimination d'un électron à partir de , un atome - en phase gazeuse d'isolement , lorsque ce n'est pas un atome relié à d'autres comme dans un solide ou un liquide , est appelée énergie d'ionisation (IE) .
M ( g ) ---- > M + ( g ) + e-
D'une manière générale , les énergies d'ionisation Diminuer la un groupe de la classification périodique et d'augmenter de gauche à droite sur une période . L'énergie d'ionisation présente une forte corrélation négative avec le rayon atomique. Il existe une dépendance de l'énergie d'ionisation de charge du noyau , le nombre de niveaux d'énergie , et le blindage.
Augmente à mesure que la charge nucléaire , l'attraction entre le noyau et les électrons augmentations et il faut plus d'énergie pour enlever l'électron à l'extérieur et cela signifie qu'il ya énergie d'ionisation supérieur. Parallèlement tableau périodique , on peut observer une augmentation de l'énergie d'ionisation avec la charge croissante nucléaire.
Dans la même colonne du tableau périodique , l'effet de l'augmentation de charge nucléaire est compensée par l'effet de blindage augmenté et le nombre de niveaux d'énergie devient le facteur prédominant. Avec plus de niveaux d'énergie , les électrons les plus externes ( les électrons de valence ) sont plus éloignés du noyau et ne sont pas aussi fortement attiré vers le noyau. Malthus l'énergie d'ionisation des éléments diminue à mesure que vous descendez dans le tableau périodique est Porque plus facile de retirer les électrons.
Énergies d'ionisation diffèrent sensiblement , Selon le shell à partir duquel les électrons est prise. Par exemple , il faut moins d'énergie pour arracher qu'un électron s ap électron, encore moins d'énergie pour extraire un électron , et le moins d'énergie pour extraire un électron f . On considère que l électrons sont maintenus près du noyau , tandis que les électrons f sont loin d'être le noyau et moins bien organisés .
La nature périodique de l' énergie d'ionisation pour la dernière d'électrons de 20 premiers éléments sont présentées à la Fig. 1 . Avec chaque nouvelle période, l' énergie d'ionisation commence avec une valeur basse. Dans chaque période il ya un accroissement de la valeur de l'énergie avec des dents de scie. La variation à l'intérieur d'une période correspond à la sous-niveaux dans les niveaux d'énergie.

Figure 1 . La variation de l'énergie d'ionisation
Pour H qui ne dispose que d'un seul électron se déplaçant autour de noyau , il y aura une seule valeur pour le potentiel d'ionisation .
Pour les autres éléments , la suppression de chaque électron suit implique encore plus d'énergie , donc une valeur distincte et l'augmentation du potentiel d'ionisation est plus mesurée pour les électrons du noyau , il devient difficile d'enlever plus d'électrons supplémentaires parce qu'ils sont plus près du noyau et Malthus tenue fortement plus par une charge nette positive de noyau.
Plus généralement, l'énergie d'ionisation nième d'un atome est l'énergie nécessaire pour dépouiller d'un électron nième après le premier n - 1 ont déjà été enlevés .
Afin d'expliquer l'énergie d'ionisation , la théorie quantique n'a pas , formule spéciale " oui, Mathématiquement, l'ancien traitement Bohr est acceptée.
En plus d'une nouvelle unité d'ionisation de l'énergie physique était nécessaire pour être accepté - fonction de travail - basé , principalement , sur les expériences photoélectriques. Fonction de travail est la quantité d'énergie nécessaire pour arracher un électron à partir d'un matériaux en vrac ( solide ou liquide ) .
Dans certains textes scientifiques , le potentiel d'ionisation et de la fonction de travail de n'importe quel métal est considéré comme le même , mais leurs valeurs sont différentes pour les semi-conducteurs ou isolants . En fait , quantum fonction de travail de la mécanique, définie comme étant l'énergie nécessaire pour arracher un électron à partir du niveau de Fermi à vide . La fonction de travail est une propriété caractéristique de n'importe quelle face d'une substance solide avec une bande de conduction (vide ou partiellement rempli ) . Pour un métal , le niveau de Fermi est à l'intérieur de la bande de conduction . Pour un isolant, le niveau de Fermi se situe dans l' intervalle de bande , ce qui indique une bande de conduction vide , Dans ce cas, l'énergie minimale pour retirer un électron est environ la somme de la moitié de la largeur de bande interdite , et la fonction de travail .
D'autres textes présentent une corrélation empirique connue entre le potentiel d'ionisation atomique (IP) et la fonction de travail du métal (WF ) :

                                                IP / WF ≈ 2
Les faits expérimentaux montrent que la fonction de travail dépend de l'orientation du cristal et le type de cristallisation . Par exemple Ag: 4,26 , Ag (110) : 4,64 , Ag (111) : 4,74 .

Pourquoi l'explication actuelle est erronée ...

En théorie actuelle de la structure atomique , le potentiel d'ionisation joue un rôle secondaire . La variation du potentiel d'ionisation du dernier électron externe est utilisé uniquement comme support pour la périodicité chimique. La variation des potentiels d'ionisation des électrons différentes à partir du même élément ou la variation du potentiel d'ionisation d'un même électron interne à partir de différents éléments ne présente aucune signification en mécanique quantique courant .
En effet mécanique quantique est capable de résoudre l'équation de Schrödinger que l'hydrogène ou hydrogénés types d' atomes. C'est pourquoi il est une idée absurde de sa prétention à expliquer la variation du potentiel d'ionisation dans le système périodique. Tout d'abord, en cas de seul atome d'hydrogène , mécanique quantique doit expliquer pourquoi pour différents atomes du potentiel d'ionisation est le même. Si électron ne suit pas une trajectoire autour Un certain noyau, et sa description est comme un nuage , le potentiel d'ionisation pour différents atomes doit avoir une distribution statistique .
Il est important de souligner que le potentiel d'ionisation doit jouer un rôle crucial dans la structure atomique . Cela parce que les électrons sont disposés dans les coquilles et dans chaque coquille encore une différence d'énergie d'ionisation est observée. En mécanique quantique la différence d'énergie d'ionisation des électrons sur la même coque est donnée par l'interaction d'électrons de spin Finalement, entre l'énergie et des électrons .
Proposé En théorie, différentes valeurs de potentiel d'ionisation donné sont dues aux différentes orbites des électrons autour du noyau mouvements .
Dans notre calcul de base de données avec des potentiels d'ionisation suivante qui se trouve à l'adresse http://spectr-w3.snz.ru a été utilisée.
Sans faire aucun arrangement acerca de supposition de l'électron autour noyau , nous allons analyser le potentiel d'ionisation pour la série isoélectroniques . En série isoélectroniques nous entendons le même nombre d' électrons mais un nombre croissant de protons neutrons dans le noyau , respectivement. En raison de l'espace limité pour l'affichage dans l'onglet 1 sont présentés potentiels d'ionisation pendant 15 premiers éléments , mais les faits présentés pour ces éléments sont valables pour tous les éléments dans le système périodique.

ionization005

Analyser le potentiel d'ionisation de la première série isoélectroniques ( un électron autour noyau ), on observe une dépendance quadratique par rapport au nombre atomique Z. La dépendance quadratique est facile à observer pour la première série isoélectroniques pour d'autres séries , mais est caché par un ajout de facteur constant dans l'expression de l'énergie. Pour arriver à une dépendance linéaire , nous allons travailler avec la racine carrée du potentiel d'ionisation et nous ferons simples mathématiques aussi quelques astuces .

On définit un potentiel d'ionisation relative du kième d'électrons d'un élément comme kième divisé par ionisation potentiel d'ionisation potentielle d' électrons d'hydrogène . Par exemple dans le cas de l'hydrogène par rapport au potentiel est de 1 , et de l'hélium , nous avons deux potentiels d'ionisation relatifs, 1,8 pour un électron et 3,99 pour le second électron . Pour les autres éléments de la modalité du potentiel d'ionisation par rapport calcul sont les mêmes. Dans l'onglet 2 , sont présentées racine carrée du potentiel d'ionisation par rapport aux 15 premiers éléments .
Avec cette modification simple , la répartition de la racine carrée de potentiel par rapport à la première ionisation d'électrons ( première série isoélectronique ) à différents atomes est en relation linéaire avec le nombre atomique Z et ceci est observé à partir de l'onglet. 2 , même sans une représentation graphique .

La variation de la racine carrée du potentiel d'ionisation par rapport à la première série 36 isoélectroniques liés aux numéros atomiques Z est présenté dans la Figure 1.17 et 1.18 , Fig. 1,17 est une partie détaillée de 1,18 et est présenté pour une meilleure visualisation des variations de potentiel d'ionisation .

La même dépendance linéaire est également observé pour la série supérieure isoélectroniques , mais une image avec une telle quantité d'information ne donne aucune information supplémentaire. Dans photos de la série isoélectronique sont positionnés de gauche à droite . Pour deux premières séries isoélectroniques , deux lignes parallèles avec la même pente sont obtenus lorsque le numéro atomique est passée de l'hélium à conduire . La deuxième ligne représente l'énergie du second électron dans différents atomes est un peu décalé liée à la première série isoélectroniques due à un facteur apparaissant qui représentent une nouvelle interaction. Nous pouvons observer Entre également un couplage énergétique de premier électron et l'énergie des électrons du second Lorsque nous changeons de différents éléments ( numéros atomiques différents ), la pente de la variation de l'énergie pour les deux premières séries isoélectroniques est constante à partir de l'hélium pour le dernier élément ( le contrôle a été composé Z = 90 ) .

Comme on observe la dépendance linéaire est respectée pour tous les électrons de ces séries isoélectroniques et aussi pour les séries plus élevées isoélectroniques .

De la représentation graphique de l'énergie d'ionisation que nous pouvons observer il ya un couplage d'électrons en paires de minimum 2 électrons avec la même pente de la variation de l'énergie et pour une plus grande Z , un couplage en plus des paires de deux électrons ayant la même pente de la variation de l'énergie . Par exemple , après la première paire d'électrons , un certain nombre de quatre paires ( huit électrons orbite ) présente la même pente de la variation de l'énergie. Ces distributions de potentiels d'ionisation contredisent également la théorie de la mécanique quantique et l'hypothèse d'onde corpusculaire . Il est impossible pour un électron ayant un mouvement compliqué , étant donné que la probabilité de présenter une dépendance linéaire des potentiels d'ionisation .
Conséquences Comme nous pouvons le supposer, pour le moment, que, en ajoutant " un ou plusieurs électrons à un atome hydrogénoïde auront aussi la modification des Conséquences de l'énergie avec un seul terme d'interaction supplémentaire , la variation est liée au numéro atomique .

Dans le même temps, la nouvelle explication bas Moseley peut être formulado . Le saut de l'électron d'un niveau supérieur à un autre niveau inférieur, avec deux niveaux d'énergie linéaires dépendantes de numéro atomique va produire un photon avec une énergie proportionnelle à cette différence . En concluant le facteur de ecranation due à d'autres électrons des atomes , maintenant acceptées par mécanique quantique est le problème et la formulation de Moseley faible doit être corrigée.
Par conséquent, la théorie proposée , présente une variation simple et facile à suivre du potentiel d'ionisation dans le système périodique qui suppose de préciser la trajectoire de l'électron autour noyau. Explication de la théorie quantique basé sur la densité de probabilité de l'électron autour de noyau et de la dualité onde - corpuscule est exclue.
La dépendance linéaire de l'énergie par rapport à un potentiel d'ionisation est exact aussi pour soi-disant couche d et la couche de f dans la mécanique quantique en cours. La seule différence dans la distribution de potentiel d'ionisation observée par rapport à la couche différente est représentée par la pente différente .
Une discussion plus détaillée de ces aspects sera faite à des dispositifs électroniques sur les atomes à plusieurs électrons .

Mécanique quantique s'effondre complètement quand , de plus, la notion de fonction de travail est analysé.
La valeur de la fonction de travail pour les métaux doit être égale à l'énergie d'ionisation, car dans ce cas , basée sur le modèle actuel de la liaison métallique , les électrons peuvent se déplacer librement , mais trouver cristal à l'intérieur d'une marche de potentiel U confinement à la limite du métal.
Dans une perspective comparative , pour certains éléments , dans l'onglet . 1 les valeurs pour leurs valeurs premières d'ionisation et les fonctions de travail sont présentés.

Tableau 1 . Fonctions de travail et les valeurs de potentiel d'ionisation

 Comme on l'observe , généralement en règle générale, les énergies d'ionisation pour tous les métaux sont fonction alors plus de travail. De sodium , de métal alcalin pour avoir une fonction de travail de 2,36 eV potentiel d'ionisation et d'une valeur de 5,13 eV et de l'autre côté de l' aluminium avec un potentiel d'ionisation de 5,98 eV a une fonction de travail de 4,20 eV . Pour la fonction de travail du mercure est 4,47 eV et le potentiel d'ionisation est 10,43 eV . Il est très étrange de voir comment les théoriciens actuels ne respectant pas ces diferencias et ne font pas une interprétation quantique de cette différence de structure métallique.

Mais ce n'est pas le cauchemar de la mécanique quantique . Il est bien connu que les oxydes métalliques présentent une baisse métaux de fonctions de travail et même baisser puis ensuite les métaux alcalins . Par exemple , une cathode de tungstène a une fonction de travail égal à 4,54 eV et si l' oxyde de thorium, de tungstène est recouverte par la fonction de travail est de 2,5 eV .
Comment mécanique quantique peut expliquer cette modification ?
Il n'y a aucune explication et, en fait prévoir mécanique quantique que le tungstène recouvert par la fonction de travail de l'oxyde de thorium doit être pur tungstène Grand ensuite . En métal électrons peuvent se déplacer librement , mais en oxyde de métal , selon les électrons de la mécanique quantique de courant font partie des liaisons covalentes ioniques ou polaires et ils ne sont pas libres . Il n'est donc pas nécessaire au traitement de mathématiques profond pour observer l'incohérence de la mécanique quantique .

D'autres améliorations sont prévues au présent texte .