【新研究】イオン化エネルギーの測定について

質問

化学の新研究p.30によると、

ある気体の入った容器内に、電圧が加えられた電極があり、
その気体に様々な波長の光をあてる。
波長を短くしていくと、ある波長で気体がイオン化し、電子が出て電流が流れる。
その時の光のエネルギーがその気体のイオン化エネルギーである。

というのですが、電子は無限遠に飛ばされたわけではなく、電位が与えられた電極へ移動するだけなので、イオン化エネルギーとはいえないのでは？と思うのですが、どうなのでしょうか。

回答No.3

doc_somday · ベストアンサー

こんにちわ、この質問はずうっと見て居たのですが、タブレットにはこのサイトのパスワードが入っていないので、見ただけでした。私はパスワードは「絶対に」持って歩かない人なので、旅先からお答する事が出来ませんでした。お許し下さい。

まず、お二人のお答は質問に「非常に変なところ」があるのに気がつかれていない様だ。
「電圧が加えられた電極があり」
これ意味無いでしょう？対極の無い電極には電圧は掛けられない、だから、
「電子が出て電流が流れる」
そんな事は起らない。

これはアルバート、アインシュタインが、
「こんな事考えて発表するんじゃなかったと」悔やんだ「光電効果」の一歩手前ですよね、光電効果は厳密で、光の波長、対極との電位差が測定されていたから、物質には「不連続な」エネルギー準位がある事が、一目瞭然だった。

「さまざまな原子から電子を取り除くのに必要なエネルギーの相対的な大小を示すのがイオン化エネルギーの本質」
残念ながら違います、あなたの「実験」では相対的では無く「絶対的なエネルギー」が測定されてしまう。もちろん既に指摘した様に、電極を二つ置いて限界まで低い電位を掛けないと、なんにも起らなかったのと区別がつかない。なぜなら電流が流れないからだ。

「イオン化エネルギーの絶対的な値を定めるにあたっては、 取り除いた後の電子の行先に電荷があるか無いかによって値は変わるのではないでしょうか」
これは、上記した内容と似ているが異なる、
１)あなたの「思考実験」で用いられた「物質」は気体だ。
２)同、電極が一つしかないので、静電容量しか変わらない、つまり電流は流れず、電極を観察していると、
「何か起きた」としか分からない、電子がぶつかったのか、原子核がぶつかったのか、両方ともぶつかったのか分からない。
３)行き先が一つしかないと上記の様に「静電気」の世界になる。(少々我ながらクドイね)その電荷が負なら
あたるのは電子では無く原子核だろう。だからあなたの議論は変だ。

「そこで無限遠（新研究にはそう書かれてありました）と定義したのだと思います」
他の方が指摘しておられる様に、「定義」は定義だがそれは「理想」であって測定は出来ない、化学の「理想気体」や熱力学の「準性的過程」の如く、「考えるのには便利」だがそんなものどこにも無い。

褒めましょう、「新研究にはそう書かれてありました」と原典を示しているところだ、だがこれは「責任放棄」に堕しかねない、ネットには「神様がいる」Wikipedia様だ、なおあなたは高校生だろう、でなけりゃ
「化学の新研究」など引用はしない、日本語なら日本化学会が出していた「化学の原典」シリーズ(多分もう手に入らないからアマゾン様に聞くしか無い)、でWikipedia様は便利だが、出典を示していない内容が多い、
そこで、左の方に「言語」リストが載っているからEnglishをクリックするすると英文Wikipediaへ跳べる。
この機能を知らない人が「辞書」「事典」が無いと言って騒ぐが、これより良い事典は珍しい、もちろん内容に「権威は無い」アノニマスが主義で「反権威主義」だからだ。ところでどうして英文Wikipediaなんか要るのだろう、理由は簡単、全く別の人が書いているから、そして「本家」の方が「学問」に於いては、圧倒的に量も質も優れている、もちろん「乃木坂４６(？)」なんか英文Wikipedia見たって「日本狂」がデタラメ書いている。
だから、少なくとも英文Wikipediaは読まねばならない、ネット上で英文Wikipediaを引用しても恥では無い、学会の討論会で引用したら指導教官は逃げ出すし、学位など取れないがネットは便利だ。
「夢は便利だ」とカプローニ伯爵は堀越次郎に言うが、同じ様なもんさ。

この問題は非常に奥が深い、死ぬまで疑念を持った方が良い、私も非常に勉強になりました。
だが、私にはこれ以上の能力は無い、ここで格違いの物理屋さんを待つか、ネットで大学や研究所のサイトを見て、「参考文献」を探しに本屋へ行こう、この分野の本は売れないから電子化されないだろうが、最近の巨大ショッピングモールには巨大書店が入っているので、大学の教科書を読む事。
少し面倒だが、これだけの疑問を持てるあなたなら「成果」は巨大だろう。

お礼

私の質問に興味を持っていただきありがとうございます。
私の質問文が不正確であったことは謝ります。
それにしても、なぜ「電圧が加えられた電極があり」という文章を見て、対極のない電極だと捉えたのかが理解できません。そもそも、あなた自身「対極の無い電極には電圧は掛けられない」という事実を知っているならば、「電極に電圧が掛けられているというのだからきっとこの電極には対極があるのだろう」と推測して話を進められるはずですし、そうすべきです。
「お二人のお答は質問に『非常に変なところ』があるのに気がつかれていない様だ」とありますが、気づいていないのではなく、まさしく私の質問の意図を汲み取って回答していただいた限りでしょう。
あなたは私が何を言いたいかを十分に理解できた。理解できたのに、揚げ足を取って（ということは断言できませんが、少なくともそのように映る発言であると思われます）わざわざ私の文章の不手際を指摘してきたのです。
おそらくあなたは賢くて、バカみたいな高校の化学教育に不満を持っており、今回の発言に至ったのだと私は推測します。しかし、OKWaveにおいてのいち高校生による投稿質問に対する回答として、あなたの思想をぶつけただけのこの回答は非常にナンセンスです。
高校化学に不満を持つことが悪いと言っているのではありません。でもね、高校生の私でも知ってるんですよ、高校化学は大学を受験する為だけの簡易的なものだってことぐらい。もしや、自分はここまで学問を究めたぞという自己顕示による自己満足ですか。
OKWaveは質問の場とはいえ、コミュニケーションツールです。相手の身になって話しましょう。そうすれば、あなたの優秀な頭脳は、万人に受け入れられるものとなるでしょう。

p.s.　「理想」であって測定は出来ない、ですか。なんだかこの一言で納得してしまいました。ありがとうございます。「化学の原典」、興味があります。今よりずっと賢くなったときに読んでみようと思います。

回答No.2

Tokyoite（@aramadoshiyo）

正しいかどうか責任は持てませんが、思ったことを書かせていただきます。イオン化エネルギーとは、原子を陽イ

オンにする場合、原子核からの引力に逆らって電子を無限遠まで引き離すために外部から加える必要があるエネル

ギーのこで、その実験では実際には電子は無限遠には飛ばされていませんが、気体がイオン化して電流が流れるた

めにはイオン化エネルギーと同等の光のエネルギーが必要で、そのときの光のエネルギーがイオン化エネルギーに

なると言っているのではないでしょうか。

お礼

ありがとうございます。
なぜ無限遠ではないのに同等の値を示すのでしょうか。
一旦電子が無限遠と等しい電位に達してから電極に達するわけではないと思いました。

回答No.1

meowcoooo

あんまり自信はないですけど
イオン化エネルギーの定義に
電子を無限遠に飛ばす
なんてありましたっけ？

単純に原子から電子1つを
原子の軌道から
取り除くのに必要なエネルギーのことでは？

なら
取り除いた後の電子の行き先は関係ないですね。

お礼

ありがとうございます。
実用上、さまざまな原子から電子を取り除くのに必要なエネルギーの相対的な大小を示すのがイオン化エネルギーの本質だとは私も思います。
しかし、イオン化エネルギーの絶対的な値を定めるにあたっては、
取り除いた後の電子の行先に電荷があるか無いかによって値は変わるのではないでしょうか。
そこで無限遠（新研究にはそう書かれてありました）と定義したのだと思います。