energie de ionizare

energia de ionizare, cunoscută și sub denumirea de energie de legare a electronilor, determinată prin spectroscopie fotoelectronică, oferă unele dintre cele mai detaliate informații cantitative despre structura electronică a moleculelor organice și anorganice. Ionizarea este definită prin tranziții de la starea de bază a unei molecule neutre la stările ionice (ecuația 2). Există două tipuri de energie de ionizare: energie de ionizare adiabatică și verticală. Energia de ionizare adiabatică a unei molecule este definită ca cantitatea minimă de energie necesară pentru a scoate un electron din molecula neutră. În plus, poate fi denumită diferența dintre energia stării de bază vibraționale a moleculei neutre și a ionului pozitiv. Al doilea tip: energia de ionizare verticală reprezintă orice tranziții suplimentare între sol și starea vibrațională excitată a moleculei neutre. Energia de ionizare verticală este cea mai probabilă tranziție. Principiul Frank-Condon explică intensitatea relativă a benzilor vibraționale pentru tranzițiile de fotoionizare. teorema lui Koopman, care afirmă că negativul valorii proprii a unui orbital ocupat dintr-un calcul Hartree-Fock este egal cu energia de ionizare verticală a stării ionice formată prin fotoionizarea moleculei. Datorită teoremei lui Kooperman, energiile de ionizare se dovedesc a fi direct legate de energiile orbitalilor moleculari; cu toate acestea, există limitări ale teoremei lui Koopman.

în timpul procesului de fotoionizare, ejecția unui electron va duce la formarea unui ion pozitiv (M+). Energia necesară pentru a provoca ejecția unui electron este cunoscută sub numele de energie de ionizare sau energie de legare a electronilor. În general, energia de ionizare va depinde de locația electronilor în preferința nucleului moleculei. Deoarece electronii sunt aranjați în orbitalii care înconjoară nucleul atomic, energia de ionizare va fi mai mare sau mai mică, în funcție de faptul dacă electronii sunt localizați în miez sau în învelișul de valență. Evident, electronii de bază, care sunt mai aproape de nucleu, vor necesita mai multă energie pentru a fi evacuați. Mai mult, fiecare element chimic are un număr diferit de protoni în nucleu, rezultând un set unic de energii de ionizare pentru fiecare element. Prin utilizarea spectroscopiei fotoelectronice, energia de ionizare este determinată prin scăderea energiei fotonului de intrare din energia cinetică măsurată a electronului ejectat. Astfel, este posibil să se utilizeze PES pentru a determina elementele chimice dintr-o probă necunoscută pe baza energiilor de ionizare observate într-un spectru PE.

locația electronului ejectat va determina foarte mult în ce tip de spectroscopie fotoelectronică este utilizată. Spectroscopia fotoelectronică cu raze X (XPS) este utilizată pentru a scoate electronii din miez sau coajă de valență. Eșantionul utilizat în XPS va fi plasat mai întâi într-o cameră de vid ultra-înaltă pentru a preveni absorbția fotonilor și a electronilor emiși de gaze. Apoi, eșantionul va fi bombardat cu raze X, provocând ejecția electronilor. Energiile electronilor ejectați vor fi măsurate prin dispersarea lor într-un câmp electric. Datorită mediului de vid al eșantionului, XPS nu poate fi utilizat pentru lichide. În plus, XPS va furniza informații despre stările de oxidare pentru orice elemente prezente în eșantion, deoarece energiile de ionizare ale electronilor de bază sunt puțin mai mari atunci când este prezentă o stare de oxidare.

UPS funcționează într-un mod similar cu XPS, dar folosește fotoni, produși de o lampă cu descărcare în gaz nobil, în gama ultravioletă a spectrului. Inițial, UPS a fost folosit doar pentru a determina energiile de ionizare ale moleculelor gazoase; cu toate acestea, de-a lungul anilor se atribuie și informații structurii electronice a moleculelor.