質問: イオン化エネルギーや電子親和力の定義で「吸収するエネルギー」「放出するエネルギー」とあるのですが、吸収、放出のメカニズムが分かりません。
回答: この定義におけるエネルギーとは、物理の言葉でいうと位置エネルギーになります。高校物理で位置エネルギーというと、ものが持ち上げられると増え、落ちると減る、質点が地球の重力をうけることに由来する位置エネルギーのことを指しますが、大学物理では物体がある位置にあることによって蓄えられるエネルギーのことを一般に位置エネルギーといいます。 また、一般に、もののエネルギーは、物理学でいう仕事をすることで減り、仕事を受けることで増えます。仕事というのは、力がものを動かしたとき、力×動かした距離で定義されます。 力がものを動かすときには、仕事をしなければならないため、エネルギーがものに加えられていることになります。逆に、動いているものからは、エネルギーを取り出すことができることになります。 更に、イオン化と電子親和において重要な仕事の例としては、重力やクーロン力で引きつけ合っているものを引き離したり、反発しあっているものを無理やり押し付けるには、仕事をする、つまりエネルギーを加えなければなりません。逆に、ものが引きつけあって近づく際や、ものが反発しあって離れる際にはエネルギーが放出されます。 以上のことから、イオン化と電子親和について考えていきたいと思います。 まず、イオン化というのは、原子核に引きつけられている電子を無限遠まで引き離す反応です。このとき、原子核から電子を引き離すためには電子を原子核から離す方向に力を加えなければならないため、これを物理学の言葉でいうと電子に仕事をしなければならないということになります。(イメージとしては、地球上で重力をうけているものをロケットで宇宙に持っていく感じです。)このことから、イオン化の際には、電子に仕事のぶんのエネルギーを吸収させる必要があります。 次に、電子親和は、原子に電子を与える反応です。電子親和の際には、既に原子核と電子の電荷が釣り合っている原子に電子を与えることになりますので、原子の種類によっては電子軌道の関係で電子を引きつけるものもあれば、電子軌道が閉じていて電子を押し付けなければ電子を受け取らないものもあります。この場合、前者の場合は、原子核が電子を引きつけるということは、電子が引っ張られて仕事を受けるということですので、吸収された電子が加速された後に、熱エネルギーや化学エネルギーなどの何らかの形でその仕事ぶんのエネルギーが放出されます。後者の場合はその逆で、電子に仕事をしなければならないため、その仕事ぶんのエネルギーを吸収させる必要があります。