なぜ第一イオン化エネルギーが第二イオン化エネルギーより小さいのか？

イオン化エネルギーについての質問は、化学の基礎を深く理解するために非常に重要です。特に、「なぜ最外殻電子が2個以上の原子において第一イオン化エネルギーが第二イオン化エネルギーより小さいのか？」という疑問は、多くの学生や化学愛好者が感じるポイントです。この記事では、その理由を簡潔に解説します。

1. イオン化エネルギーとは？

イオン化エネルギーとは、原子または分子から電子を1個取り除くために必要なエネルギーです。イオン化エネルギーは、原子が持つ電子を外部から引き離すために必要なエネルギーであり、元素の性質を知るために重要な指標となります。一般的に、周期表の右側に位置する元素ほどイオン化エネルギーが高く、左側に位置する元素は低い傾向にあります。

イオン化エネルギーは順番に、「第一イオン化エネルギー」「第二イオン化エネルギー」などと呼ばれ、1つ目、2つ目といった順番に、より多くの電子を取り除くために必要なエネルギーが大きくなることがわかります。

2. 第一イオン化エネルギーと第二イオン化エネルギーの違い

第一イオン化エネルギーは、最外殻電子が1個ある状態での最初の電子を引き離すために必要なエネルギーです。第二イオン化エネルギーは、最外殻の電子を引き離した後、さらに1つの電子を取り除くために必要なエネルギーです。

ここで、最外殻電子が2個以上の場合、なぜ第一イオン化エネルギーが第二イオン化エネルギーよりも小さいのかという疑問が生じます。これは、電子が取り除かれると、残りの電子が核により強く引き寄せられ、その結果、次に取り除く電子は引き寄せられる力が強くなるため、二度目以降のイオン化エネルギーが高くなるためです。

3. 有効核電荷とその影響

最外殻電子が2個以上ある場合、電子の間に相互作用が生じます。第一イオン化エネルギーで最初の電子を取り除くと、残った電子に対する有効核電荷が増加します。これにより、残った電子がより強く核に引き寄せられるため、第二イオン化エネルギーは高くなります。

例えば、リチウム（Li）を例に挙げると、最初の電子を取り除くと、残りの電子がより強く引き寄せられるため、次に電子を取り除くためにはさらに大きなエネルギーが必要です。これが、第一イオン化エネルギーが第二イオン化エネルギーより小さい理由です。

4. 結論：最外殻が2個以上の原子でのイオン化エネルギーの変化

最外殻電子が2個以上の原子では、第一イオン化エネルギーと第二イオン化エネルギーの差は、電子間の相互作用と有効核電荷の変化によるものです。最初の電子を取り除いた後、残りの電子は核に強く引き寄せられ、そのため次の電子を取り除くために必要なエネルギーが増加します。

したがって、最外殻電子が2個以上の原子では、第一イオン化エネルギーが第二イオン化エネルギーよりも小さくなるという現象が観察されます。

まとめ

イオン化エネルギーの変化は、電子の間の相互作用や有効核電荷の変化によって決まります。最外殻電子が2個以上の原子では、第一イオン化エネルギーが第二イオン化エネルギーより小さくなる理由は、最初の電子が取り除かれることで残りの電子が強く引き寄せられ、次に取り除く電子にはより多くのエネルギーが必要になるためです。