Energia jonizacji

energia jonizacji, znana również jako energia wiązania elektronów, określona za pomocą spektroskopii fotoelektronowej dostarcza najbardziej szczegółowych informacji ilościowych na temat struktury elektronicznej cząsteczek organicznych i nieorganicznych. Jonizacja jest definiowana przez przejścia ze stanu podstawowego cząsteczki neutralnej do Stanów jonowych (równanie 2). Istnieją dwa rodzaje energii jonizacji: adiabatyczna i pionowa energia jonizacji. Adiabatyczna energia jonizacji cząsteczki jest definiowana jako minimalna ilość energii potrzebnej do wyrzucenia elektronu z neutralnej cząsteczki. Dodatkowo można określić jako różnicę między energią wibracyjnego stanu podstawowego cząsteczki neutralnej a Jonem dodatnim. Drugi typ: pionowa energia jonizacji odpowiada za wszelkie dodatkowe przejścia między podłożem a wzbudzonym stanem wibracyjnym neutralnej cząsteczki. Pionowa energia jonizacji jest najbardziej prawdopodobnym przejściem. Zasada Franka-Condona wyjaśnia względne natężenie pasm wibracyjnych dla przejść fotojonizacyjnych.

twierdzenie Koopmana, które stwierdza, że ujemna wartość własna zajętego orbitalu z obliczeń Hartree-Focka jest równa pionowej energii jonizacji stanu jonowego utworzonego przez fotojonizację cząsteczki. Ze względu na twierdzenie Koopermana, pokazano, że energie jonizacji są bezpośrednio związane z energiami orbitali molekularnych; jednak istnieją ograniczenia do twierdzenia Koopmana.

podczas procesu fotojonizacji, wyrzut elektronu spowoduje powstanie jonu dodatniego (M+). Energia potrzebna do spowodowania wyrzucenia elektronu jest znana jako energia jonizacji lub energia wiązania elektronów. Ogólnie rzecz biorąc, energia jonizacji będzie zależeć od położenia elektronów w preferencjach do jądra cząsteczki. Ponieważ elektrony są rozmieszczone w orbitalach otaczających jądro atomowe, energia jonizacji będzie wyższa lub niższa w zależności od tego, czy elektrony znajdują się w jądrze lub powłoki walencyjnej. Oczywiście, elektrony rdzeniowe, które są bliżej jądra, będą wymagały więcej energii do wyrzucenia. Co więcej, każdy pierwiastek chemiczny ma inną liczbę protonów w jądrze, co daje unikalny zestaw energii jonizacji dla każdego pierwiastka. Za pomocą spektroskopii fotoelektronowej energia jonizacji jest określana przez odjęcie energii przychodzącego fotonu od zmierzonej energii kinetycznej wyrzuconego elektronu. W ten sposób możliwe jest użycie PES do określenia pierwiastków chemicznych w nieznanej próbce w oparciu o obserwowane Energie jonizacji w widmie PE.

lokalizacja wyrzuconego elektronu będzie miała duży wpływ na rodzaj spektroskopii fotoelektronowej. Rentgenowska spektroskopia fotoelektronowa (XPS) służy do wyrzucania elektronów z rdzenia lub powłoki walencyjnej. Próbka użyta w XPS zostanie najpierw umieszczona w bardzo wysokiej komorze próżniowej, aby zapobiec pochłanianiu fotonów i emitowanych elektronów przez gazy. Następnie próbka zostanie bombardowana promieniami rentgenowskimi, powodując wyrzucanie elektronów. Wyrzucone Energie elektronów będą mierzone przez ich rozproszenie w polu elektrycznym. Ze względu na środowisko próżniowe próbki, XPS nie może być stosowany do cieczy. Ponadto XPS dostarczy informacji o stanach utleniania dla dowolnych elementów obecnych w próbce, ponieważ Energie jonizacji elektronów rdzeniowych są nieco wyższe, gdy występuje stan utleniania.

UPS działa w podobny sposób jak XPS, ale wykorzystuje fotony, wytwarzane przez lampę wyładowczą gazu szlachetnego, w zakresie ultrafioletu widma. Pierwotnie UPS był używany tylko do określania energii jonizacji cząsteczek gazowych; jednak z biegiem lat przypisuje się również informacje o strukturze elektronicznej cząsteczek.