طريقة حساب طاقة التأين
تعتبر عملية حساب طاقة التأين للذرة عنصرًا أساسيًا في الفيزياء الحديثة، التي تشكل أساسًا للعديد من التقنيات المعاصرة. تتكون الذرة من نواة مركزية تحتوي على بروتونات موجبة الشحنة، بالإضافة إلى عدد من النيوترونات، في حين تدور حولها إلكترونات سالبة الشحنة على مسافات متفاوتة.
ويُعرف مقدار الطاقة الضرورية لإزالة أقرب إلكترون من تأثير البروتونات المركزية باسم طاقة التأين. وقد تم قياس هذه الطاقة لأول مرة للهيدروجين عام 1913 في مختبر الفيزيائي الدنماركي نيلز بور، الذي حصل على جائزة نوبل بفضل هذا الإنجاز.
خطوات حساب طاقة التأين
تتم عملية حساب طاقة التأين للإلكترون بعدة خطوات، وهي كما يلي:
- تحديد الذرة المراد حساب طاقة تأينها، وتحديد عددها الذري باستخدام الجدول الدوري.
- تحديد عدد الإلكترونات الموجودة في الذرة، والذي يتوافق مع العدد الذري، ما لم تفقد الذرة بعض الإلكترونات.
- تحسب طاقة التأين بوحدة إلكترون فولت (eV) للإلكترون الواحد من خلال تربيع قيمة العدد الذري ثم ضرب الناتج بقيمة 13.6.
- بالنسبة للذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون، تُقاس بنفس الوحدة (eV)، ويتم حسابها بطرح واحد من قيمة العدد الذري، ثم تربيع الناتج، وضربه بقيمة 13.6.
طرق حساب طاقة التأين
تُعرَف طاقة التأين أيضًا بأنها الكمية من الطاقة التي يحتاجها الإلكترون لفصل نفسه عن ذرة محايدة. قد تمتلك بعض العناصر أكثر من قيمة لطاقة التأين، وتتم عملية حسابها بناءً على معرفة أساسية بتكوين الإلكترونات، وذلك من خلال طريقتين رئيسيتين:
طريقة كوبمان
تُعتبر هذه الطريقة من الطرق الأساسية لحساب طاقة التأين، حيث تكون طاقة التأين لجزيء أو ذرة متساوية مع الطاقة المداريّة التي تخرج من الذرة أو الجزيء. تُحسب طاقة التأين بواسطة المعادلة التالية:
Ii = -ei
حيث ei تعبر عن الطاقة المداريّة، وi هو المدار الذي يوجد فيه الإلكترون قبل انبعاثه. تعتبر هذه الصيغة مثالياً للذرات الهيدروجينية، ويُطبق عليها تقريبًا لدى الذرات الأخرى، على الرغم من أنها لا تأخذ في الاعتبار حركة الإلكترون بعد انبعاثه، حيث تُفترض بقاء الإلكترونات في نفس المدار بعد عملية التأين.
طريقة الطرح
تعتبر هذه الطريقة الثانية لحساب طاقة تأين الذرات، حيث تعتمد بعض التجارب على قياس قيمة طاقة الأيون، ثم يتم طرح طاقة الذرة المحايدة من القيمة التجريبية.
نظائر طاقة التأين
عادةً ما يستخدم مصطلح طاقة التأين للإشارة إلى الأنواع الجزيئية أو الذرية في الحالة الغازية. بينما يُستخدم من قبل الخبراء لأي نوع من الأيونات المشحونة. على سبيل المثال، تُعرَف طاقة ربط إلكترون الكلوريد بأنها الحد الأدنى للطاقة اللازمة لإزالة الإلكترون من ذرة الكلور عندما تحمل شحنة سلبية (-1).
تتساوى كمية الطاقة المطلوبة لربط الإلكترون مع حجم الاقتراب من ذرة الكلور المحايدة، وتُعتبر طاقة النيكل، والتي تبلغ 8.8 ميغا إلكترون فولت، أعلى طاقة ربط تم تحديدها.