イオン化エネルギー

イオン化エネルギー（イオンかエネルギー、、電離エネルギー、イオン化ポテンシャルとも言う）とは、原子、イオンなどから電子を取り去ってイオン化するために必要な最小のエネルギー。ある原子がその電子をどれだけ強く結び付けているのかの目安である。

気体状態の単原子（または分子の基底状態）の中性原子から取り去る電子が1個目の場合を第1イオン化エネルギー（IE1）、2個目の電子を取り去る場合を第2イオン化エネルギー（IE2）、3個目の電子を取り去る場合を第3イオン化エネルギー（IE3）・・・（以下続く）と言うShriver & Atkins (2001), p.39。。単にイオン化エネルギーといった場合、第1イオン化エネルギーのことを指すことがある。

 　IE1
 　IE2
 　IE3

イオン化エネルギーの一般的な傾向は、s軌道とp軌道の相対的エネルギーとともに、電子の結合に対する有効核電荷の効果を考えることによって説明できる。

原子核の正電荷が増すにつれ、与えられた軌道にある負に荷電した電子はより強いクーロン引力を受け、より強く保持される。ヘリウムの1s電子を除去するには水素の1s電子を除去するよりも多くのエネルギーを必要とする。





周期表の同じ周期の中で最高のイオン化エネルギーは貴ガスのものである。これは貴ガス元素が周期表の右端にあり、同周期中で最も最外殻電子に対する有効核電荷が大きいことに由来する。

主量子数ｎの値が小さい内殻電子のイオン化エネルギーは価電子に比べ格段に大きいShriver & Atkins (2001), p.43。。たとえば電子3個のリチウムではIE1は5.32eV
であるが、1sからのIE2は75.6eVである。2s軌道の電子は1s軌道の電子ほど強く保持されていない。

最低のイオン化エネルギーは周期表の左端にある第1族元素のものである。これらの原子のひとつから電子1個を除くと貴ガス原子と同じ閉殻電子配置を持つイオンになる。

どの原子からも最も容易に失われる電子は最高エネルギー軌道にある電子からである。

一覧
+ イオン化エネルギーの一覧 kJ/mol 原子番号 元素記号  元素名 第1  第2  第3  第4  第5  第6  第7  第8  第9  第10 1  H  水素 1312.0          2  He  ヘリウム 2372.3  5250.5         3  Li  リチウム 520.2  7298.1  11815.0        4  Be  ベリリウム 899.5  1757.1  14848.7  21006.6       5  B  ホウ素 800.6  2427.1  3659.7  25025.8  32826.7      6  C  炭素 1086.5  2352.6  4620.5  6222.7  37831  47277.0    7  N  窒素 1402.3  2856  4578.1  7475.0  9444.9  53266.6  64360    8  O  酸素 1313.9  3388.3  5300.5  7469.2  10989.5  13326.5  71330  84078.0  9  F  フッ素 1681.0  3374.2  6050.4  8407.7  11022.7  15164.1  17868  92038.1  106434.3  10  Ne  ネオン 2080.7  3952.3  6122  9371  12177  15238  19999.0  23069.5  115379.5  131432 11  Na  ナトリウム 495.8  4562  6910.3  9543  13354  16613  20117  25496  28932  141362 12  Mg  マグネシウム 737.7  1450.7  7732.7  10542.5  13630  18020  21711  25661  31653  35458 13  Al  アルミニウム 577.5  1816.7  2744.8  11577  14842  18379  23326  27465  31853  38473 14  Si  ケイ素 786.5  1577.1  3231.6  4355.5  16091  19805  23780  29287  33878  38726 15  P  リン 1011.8  1907  2914.1  4963.6  6273.9  21267  25431  29872  35905  40950 16  S  硫黄 999.6  2252  3357  4556  7004.3  8495.8  27107  31719  36621  43177 17  Cl  塩素 1251.2  2298  3822  5158.6  6542  9362  11018  33604  38600  43961 18  Ar  アルゴン 1520.6  2665.8  3931  5771  7238  8781  11995  13842  40760  46186 19  K  カリウム 418.8  3052  4420  5877  7975  9590  11343  14944  16963.7  48610 20  Ca  カルシウム 589.8  1145.4  4912.4  6491  8153  10496  12270  14206  18191  20385 21  Sc  スカンジウム 633.1  1235.0  2388.6  7090.6  8843  10679  13310  15250  17370  21726 22  Ti  チタン 658.8  1309.8  2652.5  4174.6  9581  11533  13590  16440  18530  20833 23  V  バナジウム 650.9  1414  2830  4507  6298.7  12363  14530  16730  19860  22240 24  Cr  クロム 652.9  1590.6  2987  4743  6702  8744.9  15455  17820  20190  23580 25  Mn  マンガン 717.3  1509.0  3248  4940  6990  9220  11500  18770  21400  23960 26  Fe  鉄 762.5  1561.9  2957  5290  7240  9560  12060  14580  22540  25290 27  Co  コバルト 760.4  1648  3232  4950  7670  9840  12440  15230  17959  26570 28  Ni  ニッケル 737.1  1753.0  3395  5300  7339  10400  12800  15600  18600  21670 29  Cu  銅 745.5  1957.9  3555  5536  7700  9900  13400  16000  19200  22400 30  Zn  亜鉛 906.4  1733.3  3833  5731  7970  10400  12900  16800  19600  23000 31  Ga  ガリウム 578.8  1979.3  2963  6180      32  Ge  ゲルマニウム 762  1537.5  3302.1  4411  9020     33  As  ヒ素 947.0  1798  2735  4837  6043  12310    34  Se  セレン 941.0  2045  2973.7  4144  6590  7880  14990   35  Br  臭素 1139.9  2103  3470  4560  5760  8550  9940  18600  36  Kr  クリプトン 1350.8  2350.4  3565  5070  6240  7570  10710  12138  22274  25880 37  Rb  ルビジウム 403.0  2633  3860  5080  6850  8140  9570  13120  14500  26740 38  Sr  ストロンチウム 549.5  1064.2  4138  5500  6910  8760  10230  11800  15600  17100 39  Y  イットリウム 600  1180  1980  5847  7430  8970  11190  12450  14110  18400 40  Zr  ジルコニウム 640.1  1270  2218  3313  7752  9500    41  Nb  ニオブ 652.1  1380  2416  3700  4877  9847  12100   42  Mo  モリブデン 684.3  1560  2618  4480  5257  6640.8  12125  13860  15835  17980 43  Tc  テクネチウム 702  1470  2850       44  Ru  ルテニウム 710.2  1620  2747       45  Rh  ロジウム 719.7  1740  2997       46  Pd  パラジウム 804.4  1870  3177       47  Ag  銀 731.0  2070  3361       48  Cd  カドミウム 867.8  1631.4  3616       49  In  インジウム 558.3  1820.7  2704  5210      50  Sn  スズ 708.6  1411.8  2943.0  3930.3  7456     51  Sb  アンチモン 834  1594.9  2440  4260  5400  10400    52  Te  テルル 869.3  1790  2698  3610  5668  6820  13200   53  I  ヨウ素 1008.4  1845.9  3180       54  Xe  キセノン 1170.4  2046.4  3099.4       55  Cs  セシウム 375.7  2234.3  3400       56  Ba  バリウム 502.9  965.2  3600       57  La  ランタン 538.1  1067  1850.3  4819  5940     58  Ce  セリウム 534.4  1050  1949  3547  6325  7490    59  Pr  プラセオジム 527  1020  2086  3761  5551     60  Nd  ネオジム 533.1  1040  2130  3900      61  Pm  プロメチウム 540  1050  2150  3970      62  Sm  サマリウム 544.5  1070  2260  3990      63  Eu  ユウロピウム 547.1  1085  2404  4120      64  Gd  ガドリニウム 593.4  1170  1990  4250      65  Tb  テルビウム 565.8  1110  2114  3839      66  Dy  ジスプロシウム 573.0  1130  2200  3990      67  Ho  ホルミウム 581.0  1140  2204  4100      68  Er  エルビウム 589.3  1150  2194  4120      69  Tm  ツリウム 596.7  1160  2285  4120      70  Yb  イッテルビウム 603.4  1174.8  2417  4203      71  Lu  ルテチウム 523.5  1340  2022.3  4370  6445     72  Hf  ハフニウム 658.5  1440  2250  3216      73  Ta  タンタル 761  1500        74  W  タングステン 770  1700        75  Re  レニウム 760  1260  2510  3640      76  Os  オスミウム 840  1600        77  Ir  イリジウム 880  1600        78  Pt  白金 870  1791         79  Au  金 890.1  1980         80  Hg  水銀 1007.1  1810  3300       81  Tl  タリウム 589.4  1971  2878       82  Pb  鉛 715.6  1450.5  3081.5  4083  6640      83  Bi  ビスマス 703  1610  2466  4370  5400  8520     84  Po  ポロニウム 812.1          85  At  アスタチン 890±40          86  Rn  ラドン 1037          87  Fr  フランシウム 380          88  Ra  ラジウム 509.3  979.0         89  Ac  アクチニウム 499  1170         90  Th  トリウム 587  1110  1930  2780       91  Pa  プロトアクチニウム 568          92  U  ウラン 597.6  1420         93  Np  ネプツニウム 604.5          94  Pu  プルトニウム 584.7          95  Am  アメリシウム 578          96  Cm  キュリウム 581          97  Bk  バークリウム 601          98  Cf  カリホルニウム 608          99  Es  アインスタイニウム 619          100  Fm  フェルミウム 627          101  Md  メンデレビウム 635          102  No  ノーベリウム 642          103  Lr  ローレンシウム 470          104  Rf  ラザホージウム 580         

 イオン化エネルギーについての補足 
アルカリ金属などでIEが低く、貴ガスに近づくにつれ値が高まる傾向があることは前述のとおりだが、ベリリウムとホウ素、窒素と酸素などではその傾向が少しだけ逆転しているShriver & Atkins (2001), pp.41-42。。この理由については原子軌道やフントの規則を考慮する必要がある。

窒素原子と酸素原子を例に考える。二つの電子配置は次の表のようになる。（IEの単位はeV）

N: 1s2 2s2 2p3 
　IE1：14.53, IE
2：29.60

O: 1s2 2s2 2p4
　IE1：13.61, IE
2：35.12

+ 1s2s2px2py2pz N↑↓↑↓↑ ↑ ↑  O↑↓↑↓↑↓↑ ↑  

窒素原子より酸素原子のほうが第一イオン化エネルギーが小さいのは、2p軌道に入る4個目の電子が三重に縮重したp軌道のいずれかの軌道に異なるスピン角運動量をもって入り、電子間の静電的な反発エネルギーが電子を不安定にするためである。

ちなみに、第2イオン化エネルギーの場合は、どちらも区別のつかない2p軌道からひとつずつ取り去るので、有効核電荷が大きい酸素原子のほうがIE2は大きくなる。このことは他の周期でもみられる。

また電気陰性度（マリケンの電気陰性度）は、電子親和力とイオン化エネルギーの算術平均であるが、前者に比べ後者のほうがかなり大きいため、電気陰性度はほぼイオン化エネルギーに比例する。

 脚注 

 参考文献 

 関連項目 

 電子親和力
 物性物理学
 仕事関数
 クープマンズの定理
 イオン化傾向

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