Energia de ionização – A energia de ionização é a quantidade de energia que é um átomo gasoso isolado no estado eletrônico do solo que deve absorver para descarregar um elétron, resultando em um cátion.
H (g) → H + (g) + e-
Essa energia é geralmente expressa em kJ / mol, ou a quantidade de energia necessária para que todos os átomos de uma toupeira percam um elétron cada.
Ao considerar um átomo inicialmente neutro, a expulsão do primeiro elétron exigirá menos energia do que a expulsão do segundo, o segundo exigirá menos energia que o terceiro e assim por diante. Cada elétron sucessivo requer mais energia para ser liberada. Isso ocorre porque, depois que o primeiro elétron é perdido, a carga geral do átomo torna-se positiva e as forças negativas do elétron serão atraídas para a carga positiva do novo íon formado. Quanto mais elétrons forem perdidos, mais positivo será esse íon, mais difícil será separar os elétrons do átomo.
Em geral, quanto mais longe um elétron estiver do núcleo, mais fácil será ser expelido. Em outras palavras, a energia de ionização é uma função do raio atômico; quanto maior o raio, menor a quantidade de energia necessária para remover o elétron do orbital mais externo. Por exemplo, seria mais fácil retirar os elétrons do elemento maior de cálcio do que de um onde os elétrons são mantidos mais apertados ao núcleo, como Cl (cloro).
Em uma reação química, a compreensão da energia de ionização é importante para entender o comportamento de se vários átomos fazem ligações covalentes ou iônicas entre si. Por exemplo, a energia de ionização de sódio (metal alcalino) é 496 KJ / mol (1), enquanto a primeira energia de ionização do cloro é 1251,1 KJ / mol (2). Devido a essa diferença na energia de ionização, quando combinam quimicamente, formam uma ligação iônica.
Elementos que residem próximos uns dos outros na tabela periódica ou elementos que não têm muita diferença na energia de ionização fazem ligações polares covalentes ou covalentes. Por exemplo, o carbono e o oxigênio fazem com que o CO2 (dióxido de carbono) fique próximo um do outro em uma tabela periódica; eles, portanto, formam uma ligação covalente. O carbono e o cloro transformam o CCl4 (tetracloreto de carbono) em outra molécula que é ligada por covalência.
Tabela periódica e tendência das energias de ionização
Como descrito acima, as energias de ionização dependem do raio atômico. Desde que vai da direita para a esquerda na tabela periódica, o raio atômico aumenta, e a energia de ionização aumenta da esquerda para a direita nos períodos e até nos grupos. Exceções a essa tendência são observadas para metais alcalinos terrosos (grupo 2) e elementos do grupo nitrogênio (grupo 15).
Tipicamente, os elementos do grupo 2 têm energia de ionização maior que os elementos do grupo 13 e os elementos do grupo 15 têm maior energia de ionização do que os elementos do grupo 16. Os grupos 2 e 15 têm configuração eletrônica completa e semipreenchida, respectivamente, portanto, requer mais energia para remover um elétron de orbitais completamente preenchidos do que orbitais incompletamente preenchidos.
Os metais alcalinos (grupo IA) possuem pequenas energias de ionização, especialmente quando comparados a halogênios ou grupo VII A (ver diagrama 1). Além do raio (distância entre o núcleo e os elétrons no orbital mais externo), o número de elétrons entre o núcleo e o (s) elétron (s) que você está vendo na camada mais externa também tem efeito sobre a energia de ionização.
Este efeito, onde a carga positiva total do núcleo não é sentida pelos elétrons externos devido às cargas negativas dos elétrons internos, anulando parcialmente a carga positiva, é chamada de blindagem.
Quanto mais elétrons protegem a camada externa de elétrons do núcleo, menos energia é necessária para expelir um elétron do referido átomo. Quanto maior o efeito de blindagem, menor a energia de ionização (veja o diagrama 2). É por causa do efeito de blindagem que a energia de ionização diminui de cima para baixo dentro de um grupo. Desta tendência, diz-se que o césio tem a energia de ionização mais baixa e o flúor é dito ter a maior energia de ionização (com exceção do hélio e do néon).