Energía de ionización
energía necesaria para separar un electrón de un átomo en estado gaseoso / De Wikipedia, la enciclopedia encyclopedia
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La energía de ionización (Ei) es la energía necesaria para separar un electrón en su estado fundamental de un átomo de un elemento en estado gaseoso.
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Siendo los átomos en estado gaseoso de un determinado elemento químico; , la energía de ionización y un electrón.
Esta energía corresponde a la primera ionización. La segunda energía de ionización representa la energía precisa para sustraer el segundo electrón; esta segunda energía de ionización es siempre mayor que la primera, pues el volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza electrostática atractiva que soporta este segundo electrón es mayor en el ion positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear.
La energía de ionización se expresa en electronvoltios, julios o en kilojulios por mol (kJ/mol).
- 1 eV = 1,6 × 10-19 C × 1 V = 1,6 × 10-19 J
En los elementos de una misma familia o grupo, la energía de ionización disminuye a medida que aumenta el número atómico, es decir, de arriba abajo.
Sin embargo, el aumento no es continuo, pues en el caso del berilio se obtienen valores más altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros elementos del mismo periodo. Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las configuraciones s2 y s2p3, respectivamente.
La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía para arrancar los electrones.
La comparación de las energías de ionización de los átomos de la tabla periódica revela dos tendencias periódicas que siguen las reglas de la atracción coulómbica:[1]
- La energía de ionización generalmente aumenta de izquierda a derecha dentro de un período dado (es decir, fila).
- La energía de ionización generalmente disminuye de arriba hacia abajo en un grupo dado (es decir, columna).
Esta última tendencia es el resultado de que la capa de electrones externa se aleja progresivamente del núcleo, con la adición de una capa interna por fila a medida que se desciende por la columna.
La n energía de ionización se refiere a la cantidad de energía requerida para remover el electrón más débilmente ligado de la especie que tiene una carga positiva de (n - 1). Por ejemplo, las tres primeras energías de ionización se definen como sigue:
- 1ª energía de ionización es la energía que permite la reacción X ⟶ X+ + e-
La 2ª energía de ionización es la energía que permite la reacción X+ ⟶ X2+ + e-.
- 3ª energía de ionización es la energía que permite la reacción X2+ ⟶ X3+ + e-.
Las influencias más notables que determinan la energía de ionización incluyen:
- Configuración electrónica: Esto explica el EI de la mayoría de los elementos, ya que todas sus características químicas y físicas pueden determinarse simplemente determinando su configuración electrónica respectiva.
- Carga nuclear: Si la carga nuclear (número atómico) es mayor, los electrones son retenidos más fuertemente por el núcleo y, por tanto, la energía de ionización será mayor (lo que lleva a la tendencia mencionada 1 dentro de un periodo dado).
- Número de capas de electrones: Si el tamaño del átomo es mayor debido a la presencia de más capas, los electrones son retenidos con menos fuerza por el núcleo y la energía de ionización será menor.
- Carga nuclear efectiva (Zeff): Si la magnitud del apantallamiento y la penetración del electrón son mayores, los electrones son retenidos con menos fuerza por el núcleo, la Zeff del electrón y la energía de ionización es menor.[2]
- Estabilidad: Un átomo que tiene una configuración electrónica más estable tiene una menor tendencia a perder electrones y, en consecuencia, tiene una mayor energía de ionización.
Las influencias menores incluyen:
- Efectos relativistas: Los elementos más pesados (especialmente aquellos cuyo número atómico es superior a 70 aproximadamente) se ven afectados por estos ya que sus electrones se acercan a la velocidad de la luz. Por lo tanto, tienen radios atómicos más pequeños y energías de ionización más altas.
- Contracción de los lantánidos y actínidos (y Contracción de los escandidos): La contracción de los elementos afecta a la energía de ionización, ya que la carga neta del núcleo se hace sentir con más fuerza.
- Energías de emparejamiento de electrones: Las capas electrónicas medio llenas suelen dar lugar a energías de ionización más altas.
El término potencial de ionización es un término más antiguo y obsoleto[3] para energía de ionización,[4] porque el método más antiguo de medir la energía de ionización se basaba en ionizar una muestra y acelerar el electrón eliminado utilizando un potencial electrostático.