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01
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Fiche 24
Le potentiel d’ionisation (PI)
et l’affinité électronique (AE)
Avec le potentiel d’ionisation (PI) et l’affinité électronique (AE), nous abordons des
données expérimentales directement liées à la nature quantique des OA. Au sein d’un
même atome, les énergies obtenues ne varient pas de façon continue mais discrète.
1. Potentiel d’ionisation d’un atome
L’ionisation d’un atome consiste à lui arracher un électron. Le processus s’écrit selon :
X ^
+ eAE = E{X^) + E(c-) - E(X) = PI
L’énergie de l’électron non lié « envoyé à l’infini » étant nulle, le bilan se ramène donc
à la différence d’énergie entre l’état ionisé et l’état initial. L’ionisation est endothermique, le bilan thermodynamique du processus étant positif.
Le potentiel d’ionisation, PI, est la plus petite énergie qu’il faut fournir à l’atome pour
lui arracher un électron.
Le tableau suivant regroupe les PI pour quelques éléments usuels. Les valeurs sont
données en eV.
Atome
H
C
N
O
F
Ne
Li
Na
K
Mg
Ca
PI
1 3,60 1 1,26 14,53 1 3,61 17,42 21,56 5,39
5,14
4,33
7,64 6,1 1
Ш Éléments électronégatifs et électropositifs
Le tableau précédent fait apparaître deux grandes familles d ’éléments :
• ceux qui perdent difficilement un électron (O, F) et sont de ce fait appelés électronégatifs ;
• ceux qui en perdent un très aisément (tels les métaux Li, Na, etc.) et sont appelés
électropositifs, en ce sens qu’ils donnent facilement un ion positif.
Ш Relation entre PI e l énergie des OA
D ’une façon générale, l’énergie qu’il faut fournir pour ioniser un atome est égale à
l’énergie de ГОА qui contient l’électron arraché. Le potentiel d’ionisation, qui est
la plus faible de ces énergies, correspond ainsi à l’arrachement de l’électron le plus
externe : pour le carbone par exemple, il s’agit d ’un électron placé dans une OA 2p.
En augmentant l’énergie fournie à l’atome, il est aussi possible d ’arracher un électron
placé dans des OA plus profondes, par exemple ГОА 2s pour l’atome de carbone. On
parlera alors de deuxième potentiel d’ionisation de l’atome puis de troisième (pour la
couche Is du carbone), etc.
Ш Le cas particulier des métaux de transition
Dans la première série de transition, les OA 3d se remplissent après ГОА 4s selon la
règle de Klechkowski. On pourrait en déduire que la première ionisation du métal se
produit en arrachant les électrons des OA 3d. Ce n’est pas le cas : la première ionisation
d’un métal de transition correspond à l’arrachement d ’un électron 4s :
M [ArJ4s^3d"’
[Ar]4s'3d”'
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Le potentiel d’ionisation (PI)
et l’affinité électronique (AE)
Avec le potentiel d’ionisation (PI) et l’affinité électronique (AE), nous abordons des
données expérimentales directement liées à la nature quantique des OA. Au sein d’un
même atome, les énergies obtenues ne varient pas de façon continue mais discrète.
1. Potentiel d’ionisation d’un atome
L’ionisation d’un atome consiste à lui arracher un électron. Le processus s’écrit selon :
X ^
+ eAE = E{X^) + E(c-) - E(X) = PI
L’énergie de l’électron non lié « envoyé à l’infini » étant nulle, le bilan se ramène donc
à la différence d’énergie entre l’état ionisé et l’état initial. L’ionisation est endothermique, le bilan thermodynamique du processus étant positif.
Le potentiel d’ionisation, PI, est la plus petite énergie qu’il faut fournir à l’atome pour
lui arracher un électron.
Le tableau suivant regroupe les PI pour quelques éléments usuels. Les valeurs sont
données en eV.
Atome
H
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1 3,60 1 1,26 14,53 1 3,61 17,42 21,56 5,39
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Ш Éléments électronégatifs et électropositifs
Le tableau précédent fait apparaître deux grandes familles d ’éléments :
• ceux qui perdent difficilement un électron (O, F) et sont de ce fait appelés électronégatifs ;
• ceux qui en perdent un très aisément (tels les métaux Li, Na, etc.) et sont appelés
électropositifs, en ce sens qu’ils donnent facilement un ion positif.
Ш Relation entre PI e l énergie des OA
D ’une façon générale, l’énergie qu’il faut fournir pour ioniser un atome est égale à
l’énergie de ГОА qui contient l’électron arraché. Le potentiel d’ionisation, qui est
la plus faible de ces énergies, correspond ainsi à l’arrachement de l’électron le plus
externe : pour le carbone par exemple, il s’agit d ’un électron placé dans une OA 2p.
En augmentant l’énergie fournie à l’atome, il est aussi possible d ’arracher un électron
placé dans des OA plus profondes, par exemple ГОА 2s pour l’atome de carbone. On
parlera alors de deuxième potentiel d’ionisation de l’atome puis de troisième (pour la
couche Is du carbone), etc.
Ш Le cas particulier des métaux de transition
Dans la première série de transition, les OA 3d se remplissent après ГОА 4s selon la
règle de Klechkowski. On pourrait en déduire que la première ionisation du métal se
produit en arrachant les électrons des OA 3d. Ce n’est pas le cas : la première ionisation
d’un métal de transition correspond à l’arrachement d ’un électron 4s :
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