Energi Ionisasi

Energi ionisasi adalah energi yang dibutuhkan 1 mol atom dalam wujud gas untuk melepas satu elektron pada kulit terluarnya sehingga membentuk ion positif dalam wujud gas.

\(\ce{X_{(g)}  -> X^{+}_{(g)} + e}\)

 

 

 

 

 

Pengecualian pada golongan IIIA

Dalam satu periode, kecenderungan energi ionisasi ke arah kanan semakin besar. Namun pengecualian terjadi pada golongan IIIA dimana energi ionisasi unsur golongan IIIA lebih kecil daripada golongan IIA. Sebagai contoh, bandingkan antara atom Be (golongan IIA) dan B (golongan IIIA):

\(\ce{^{}_{4}B : 1s^2 2s^2} \quad \text{EI = 900 kJ/mol}\)

\(\ce{^{}_{5}Be : 1s^2 2s^2 2p_x^1} \quad \text{EI = 799 kJ/mol}\)

Elektron yang dilepas oleh atom B berada pada orbital \(2s^2\) sedangkan elektron yang dilepas oleh atom Be berada pada orbital \(2p_x^1\). Orbital \(2p\) memiliki tingkat energi yang lebih tinggi daripada orbital \(2s\) (prinsip aufbau). Tingkat energi yang lebih tinggi berarti jarak yang lebih jauh dari inti. Dengan kata lain, elektron pada orbital \(2p_x^1\) lebih jauh dari inti daripada elektron pada orbital \(2s^2\). Dengan jarak yang lebih jauh, akan menyebabkan gaya tarik inti lebih kecil, sehingga dibutuhkan energi lebih rendah.

 

 

Pengecualian pada golongan VIA

Pengecualian golongan VIA memiliki energi ionisasi lebih rendah daripada golongan VA dapat dijelaskan sebagai berikut:

\(\ce{^{}_{7}N : 1s^2 2s^2 2p_x^1 2p_y^1 2p_z^1} \quad \text{EI = 1400 kJ/mol}\)

\(\ce{^{}_{8}O : 1s^2 2s^2 2p_x^2 2p_y^1 2p_z^1} \quad \text{EI = 1310 kJ/mol}\)

Elektron yang dilepas oleh atom N dan atom O berada pada orbital yang sama, yaitu orbital p. Pada atom O, satu elektron dilepaskan dari orbital \(2p_x^2\) yang merupakan pasangan elektron dalam orbital yang sama. Elektron yang berpasangan dalam satu orbital memiliki gaya tolak menolak antar elektron (gaya elektrostatik muatan sejenis) sehingga dengan adanya gaya tolak menolak antar elektron tersebut, sedikit lebih mudah untuk melepas satu elektron pada orbital \(2p_x^2\).

 

 

Energi ionisasi tingkat 1, 2, 3, dst

Saat atom netral melepas satu elektron dan menjadi ion positif (+1), energi yang dibutuhkan disebut energi ionisasi tingkat satu. Saat ion positif (+1) melepas satu elektron lagi dan menjadi ion positif (+2), energi yang dibutuhkan disebut energi ionisasi tingkat dua. Dan seterusnya.

Energi ionisasi tingkat satu: \(\ce{X_{(g)}  -> X^{+}_{(g)} + e} \quad \text{EI}_1\)

Energi ionisasi tingkat dua: \(\ce{X^+_{(g)}  -> X^{2+}_{(g)} + e} \quad \text{EI}_2\)

Energi ionisasi tingkat tiga: \(\ce{X^{2+}_{(g)}  -> X^{3+}_{(g)} + e} \quad \text{EI}_3\)

Dan seterusnya.

\(\text{EI}_1 < \text{EI}_2 < \text{EI}_3 < \dotso\)

Kenaikan energi ionisasi tingkat 2, 3, ... disebabkan karena perbedaan tingkat energi dari elektron yang akan dilepaskan. Sebagai contoh atom Al.

Energi ionisasi ke satu: \(\ce{Al_{(g)}  -> Al^{+}_{(g)} + e} \quad \text{EI = 577 kJ/mol}\)

Energi ionisasi ke dua: \(\ce{Al^+_{(g)}  -> Al^{2+}_{(g)} + e} \quad \text{EI = 1820 kJ/mol}\)

Energi ionisasi ke tiga: \(\ce{Al^{2+}_{(g)}  -> Al^{3+}_{(g)} + e} \quad \text{EI = 2740 kJ/mol}\)

Energi ionisasi ke empat: \(\ce{Al^{2+}_{(g)}  -> Al^{3+}_{(g)} + e} \quad \text{EI = 11600 kJ/mol}\)

Konfigurasi elektron Al adalah \(\ce{^{}_{13}Al : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2 3p^1}\)

Energi ionisasi tingkat 1 dibutuhkan untuk melepas satu elektron pada orbital \(3p^1\) yang merupakan orbital dengan tingkat energi paling tinggi (paling jauh dari inti).

Setelah melepas satu elektron, konfigurasi menjadi \(\ce{^{}_{13}Al^{+} : 1s^2 2s^2 2p^6 3s^2}\)

Setelah Energi ionisasi tingkat 2 dibutuhkan untuk melepas satu elektron dari orbital \(3s^2\). Orbital \(3s^2\) memiliki tingkat energi lebih rendah daripada orbital \(3p^1\) yang berarti orbital \(3s^2\) lebih dekat ke inti, sehingga dibutuhkan energi lebih besar untuk melepas elektron. Alasan lainnya, sekarang jumlah muatan positif (proton) lebih banyak daripada jumlah muatan negatif (elektron) sehingga gaya tarik menjadi lebih besar, yang membuat semakin sulit untuk melepas elektron.

Kenaikan besar terjadi pada energi ionisasi ke 4 karena elektron yang dilepas terletak pada orbital \(2p\), dimana elektron berada pada lintasan 2. Tiga elektron yang dilepas sebelumnya terletak pada orbital \(3s\) dan \(3p\) dimana elektron berada pada lintasan 3. Radius elektron pada lintasan 2 jauh lebih kecil daripada radius elektron pada lintasan 3 sehingga gaya tarik inti jauh lebih besar.

Perbedaan besar ini dapat dijadikan acuan untuk menentukan elektron valensi suatu unsur (golongan unsur). Pada contoh di atas, elektron valensi Al adalah 3, sehingga dapat disimpulkan bahwa Al berada pada golongan IIIA.