Energi ionisasi adalah jumlah energi yang diperlukan untuk menghilangkan elektron dari atom atau molekul yang terisolasi. Ada energi ionisasi untuk setiap elektron berurutan yang dihilangkan; energi ionisasi yang terkait dengan penghilangan elektron pertama (yang paling longgar) adalah yang paling umum digunakan.
Energi ionisasi unsur kimia, yang dinyatakan dalam joule (atau elektron volt), biasanya diukur dalam tabung pelepasan listrik di mana elektron yang bergerak cepat yang dihasilkan oleh arus listrik bertumbukan dengan atom gas dari unsur tersebut, menyebabkannya mengeluarkan salah satu elektronnya.
Untuk atom hidrogen, yang terdiri dari elektron yang mengorbit yang terikat pada inti satu proton, energi ionisasi 2,18 × 10^18 joule (13,6 elektron volt) diperlukan untuk memaksa elektron dari tingkat energi terendah sepenuhnya dari atom.
Besarnya energi ionisasi suatu unsur bergantung pada efek gabungan muatan listrik inti, ukuran atom, dan konfigurasi elektronnya.
Di antara unsur-unsur kimia dari periode apa pun, penghilangan elektron adalah yang paling sulit untuk gas mulia dan termudah adalah logam alkali.
Energi ionisasi yang diperlukan untuk menghilangkan elektron meningkat secara progresif ketika atom kehilangan elektron, karena muatan positif pada inti atom tidak berubah, dan oleh karena itu, dengan setiap penghapusan elektron, sisa elektronnya dipegang lebih kuat.
Energi ionisasi sering disebut sebagai jumlah energi (dalam joule) yang dibutuhkan untuk mengionisasi jumlah atom atau molekul yang ada dalam satu mol (mis., Jumlah dalam gram zat yang diberikan secara numerik sama dengan berat atom atau molekulnya). Satu mol atom hidrogen memiliki berat atom 1,00 gram, dan energi ionisasi adalah 1.312 kilojoule per mol hidrogen.
Yang dimaksud dengan energi ionisasi didefinisikan sebagai energi terendah yang dibutuhkan sebuah atom untuk dapat melepaskan elektron valensinya.
Hasil eksperimen untuk energi ionisasi yang dilakukan pada unsur-unsur golongan IA menunjukkan bahwa energi ionisasi dari logam Litium (Li) sampai dengan Cesium (Cs) menurun. Sedangkan energi ionisasi dari unsur-unsur dalam satu periode, ditunjukkan pada periode ke tiga yaitu dari unsur Boron (B) sampai dengan Flor (F) menunjukkan adanya peningkatan.
Untuk unsur dalam satu golongan, semakin ke bawah jumlah kulit semakin banyak dan elektron semakin jauh dari inti. Hal ini menyebabkan elektron semakin mudah dilepaskan, dan dapat disimpulkan bahwa energi ionisasi dalam satu golongan semakin kecil dari atas ke bawah.
Unsur-unsur dalam tabel periodik disusun berdasarkan kenaikan nomor atom sehingga jumlah elektron semakin besar dari kiri ke kanan dan semakin sulit melepaskan karena memerlukan energi yang cukup besar. Sehingga dapat disimpulkan bahwa energi ionisasi dalam satu periode dari kiri kekanan semakin besar.
Energi untuk mengeluarkan satu elektron pertama (dari atom netralnya) disebut sebagai energi ionisasi pertama dan untuk mengeluarkan satu elektron ke dua disebut energi ionisasi kedua, dan begitu seterusnya untuk pengeluaran satu elektron berikutnya.
Mudah dipahami bahwa mengeluarkan satu elektron pertama dari atom netralnya akan lebih mudah daripada mengeluarkan satu elektron kedua dan seterusnya dari kation yang bersangkutan karena pengaruh muatan inti menjadi semakin lebih efektif terhadap elektron yang semakin berkurang jumlahnya.
Perhatikan contoh berikut ini :
Li (g) —> Li+ (g) + e Ei(1) = 520 kJ mol-1
Li+ (g) —> Li2+ (g) + e Ei(1) = 7298 kJ mol-1
Li2+ (g) —> Li3+ (g) + e Ei(1) = 11815kJ mol-1
Jadi pada proses tersebut, Ei(1) < Ei(2) < Ei(n)
Betapapun lemahnya, pasti ada interaksi ikatan antara elektron valensi dengan inti atom, sehingga untuk mengeluarkan selalu diperlukan energi ; dengan demikian, energi ionisasi selalu berharga positif. Energi ionisasi ini dapat ditentukan secara eksperimen dengan menempatkan spesies gas di dalam tabung.
Kemudian tegangan (voltase) dalam tabung dinaikkan secara perlahan, praktis tidak ada arus listrik sampai dengan harga voltase tertentu pada saat sebuah elektron dilepas oleh spesies yang bersangkutan.
Harga voltase pada saat mulai terjadinya arus listrik inilah yang didefinisikan sebagai energi ionisasi; oleh karena itu, energi ionisasi biasanya dinyatakan dalam satuan SI, elektron volt, eV (1 eV = 1,60 x 10-19 J = 96,485 kJ mol -1, dan sering pula disebut sebagai potensial ionisasi.
Dengan batasan tersebut berarti bahwa energi ionisasi bergantung pada seberapa kuat elektron terikat oleh atomnya atau seberapa kuat muatan inti efektif Zef berpengaruh terhadap elektron terluar yang akan dikeluarkan.
Dengan demikian, energi ionisasi bervariasi seiring dengan bervariasinya gaya tarik elektrostatik Coulomb, yaitu mempunyai harga terendah untuk Zef terkecil dan r (jari-jari atom) terbesar.
Faktor yang mempengaruhi energi ionisasi
Energi ionisasi merupakan ukuran energi yang diperlukan untuk menarik elektron tertentu dari tarikan inti. Energi ionisasi yang tinggi menunjukkan tarikan antara elektron dan inti yang kuat.
Besarnya tarikan dipengaruhi oleh:
Muatan inti
Makin banyak proton dalam inti, makin positif muatan inti, dan makin kuat tarikannya terhadap elektron.
Jarak elektron dari inti
Jarak dapat mengurangi tarikan inti dengan cepat. Elektron yang dekat dengan inti akan ditarik lebih kuat daripada yang lebih jauh.
Jumlah elektron yang berada diantara elektron terluar dan inti
Perhatikan atom natrium, dengan struktur elektron 2, 8, 1 (tak ada alasan mengapa anda tak dapat menggunakan notasi ini jika ini sangat membantu!)
ika elektron terluar mengarah ke inti, tidak akan terlihat oleh inti dengan jelas. Antara elektron terluar dan inti ada dua lapis elektron pada tingkat pertama dan kedua. Pengaruh 11 proton pada inti natrium berkurang oleh adanya 10 elektron yang lebih dalam. Oleh karena itu elektron terluar hanya merasakan tarikan bersih kira-kira 1+ dari pusat. Pengurangan tarikan inti terhadap elektron yang lebih dalam disebut dengan penyaringan (screening) atau perlindunga (shielding).
Kecenderungan Energi Ionisasi
Kecenderungan energi ionisasi dalam golongan
Untuk unsur-unsur dalam satu golongan dalam tabel sistem periodik unsur, pengaruh muatan inti efektif terhadap elekron valensi relatif konstan atau naik sangat sedikit dengan naiknya nomor atom karena bertambahnya muatan inti diimbangi pula dengan bertambahnya fungsi perisai elektron (screening / shielding effect) sedangkan jari-jari atom bertambah secara tajam dengan bertambahnya kulit elektron utama. Dengan demikian dapat dipahami bahwa secara umum energi ionisasi menurun dengan bertambahnya nomor atom.
Kecenderungan energi ionisasi dalam periode
Untuk unsur-unsur dalam satu periode dalam tabel periodik unsur, dengan naiknya nomor muatan inti efektif semakin membesar secara kontinu, yaitu naik kira-kira sebesar 0,65 satuan untuk setiap tambahan satu elektron, yang berakibat jari-jari atom semakin pendek. Dengan demikian, elekton terluar semakin sukar dikeluarkan yang berarti energi ionisasi semakin besar. Jadi, unsur-unsur alkali mempunyai energi ionisasi terendah sedangkan unsur-unsur gas mulia mempunyai energi ionisasi tertinggi. Namun demikian, terdapat beberapa kekecualian yaitu naiknya energi ionisasi unsur-unsur dalam satu periode ternyata tidak menunjukkan alur yang mulus.
