Energia de ionisació
La energia de ionisació (Ii) és l'energia necessària per a separar un electró en el seu estat fonamental d'un àtom d'un element en estat gaseós.
- .
Sent els àtoms en estat gaseós d'un determinat element químic; , l'energia de ionisació i un electró.
Esta energia correspon a la primera ionisació. La segona energia d'ionisació representa l'energia precisa per a sostraure el segon electró; esta segona energia de ionisació és sempre major que la primera, puix el volum d'un ion positiu és menor que el del àtom i la força electrostàtica atractiva que soporta este segon electró és major en el ion positiu que en l'àtom, ya que es conserva la mateixa càrrega nuclear.
L'energia de ionisació s'expressa en electronvoltios, juliol o en kilojulios per mol (kJ/mol).
- 1 eV = 1,6 × 10-19 C × 1 V = 1,6 × 10-19 J
En els elements d'una mateixa família o grup, l'energia de ionisació disminuïx a mida que aumenta el número atómico, és dir, de dalt avall.
No obstant, l'aument no és continu, puix en el cas del berili s'obtenen valors més alts que lo que podia esperar-se per comparació en els atres elements del mateix periodo. Este aument es deu a l'estabilitat que presenten les configuracions s2 i s2p3, respectivament.
L'energia de ionisació més elevada correspon als gasos nobles, ya que la seua configuració electrònica és la més estable, i per tant caldrà proporcionar més energia per a arrancar els electrons.
La comparació de les energies de ionisació dels àtoms de la taula periòdica revela dos tendències periòdiques que seguixen les regles de l' atracció coulómbica:[1]
- L'energia de ionisació generalment aumenta d'esquerra a dreta dins d'un periodo donat (és dir, fila).
- L'energia de ionisació generalment disminuïx de dalt cap a avall en un grup donat (és dir, columna).
Esta última tendència és el resultat de que la capa d'electrons externa s'allunta progressivament del núcleu, en l'adició d'una capa interna per fila a mida que es descendix per la columna.
La n energia de ionisació es referix a la cantitat d'energia requerida per a remoure l'electró més débilment lligat de l'espècie que té una càrrega positiva de (n - 1). Per eixemple, les tres primeres energies de ionisació es definixen com seguix:
- 1.ª energia de ionisació és l'energia que permet la reacció X ⟶ X+ + i-
La 2.ª energia de ionisació és l'energia que permet la reacció X+ ⟶ X2+ + i-.
- 3.ª energia de ionisació és l'energia que permet la reacció X2+ ⟶ X3+ + i-.
Les influències més notables que determinen l'energia de ionisació inclouen:
- Configuració electrònica: Açò explica el EI de la majoria dels elements, ya que totes les seues característiques químiques i físiques poden determinar-se simplement determinant la seua configuració electrònica respectiva.
- Càrrega nuclear: Si la càrrega nuclear (número atómico) és major, els electrons són retinguts més fortament pel núcleu i, per tant, l'energia de ionisació serà major (lo que du a la tendència mencionada 1 dins d'un periodo donat).
- Número de capes d'electrons: Si el tamany de l'àtom és major per la presència de més capes, els electrons són retinguts en menys força pel núcleu i l'energia de ionisació serà menor.
- Càrrega nuclear efectiva (Zeff): Si la magnitut del apantallamiento i la penetració de l'electró són majors, els electrons són retinguts en menys força pel núcleu, la Zeff de l'electró i l'energia de ionisació és menor.
- Estabilitat: Un àtom que té una configuració electrònica més estable té una menor tendència a perdre electrons i, en conseqüència, té una major energia de ionisació.
Les influències menors inclouen:
- Efectes relativistes: Els elements més pesats (especialment aquells que el seu número atómico és superior a 70 aproximadament) es veuen afectats per estos ya que els seus electrons s'acosten a la velocitat de la llum. Per lo tant, tenen radis atòmics més menuts i energies de ionisació més altes.
- Contracció dels lantànits i actínits (i Contracció dels escandidos): La contracció dels elements afecta a l'energia de ionisació, ya que la càrrega neta del núcleu es fa sentir en més força.
- Energies de emparejamiento d'electrons: Les capes electròniques mig plenes solen donar lloc a energies de ionisació més altes.
El terme potencial de ionisació és un terme més antic i obsolet[2] per a energia de ionisació,[3] perque el método més antic de medir l'energia de ionisació es basava en ionizar una mostra i accelerar l'electró eliminat utilisant un potencial electrostàtic.
Determinació de les energies de ionisació
[editar | editar còdic]
L'energia de ionisació dels àtoms, denominada Ii, es medix[4] trobant l'energia mínima dels quants de llum (fotós) o electrons accelerats a una energia coneguda que expulsaran als electrons atòmics menys lligats. La medició es realisa en fase gaseosa en àtoms individuals. Encara que només els gasos nobles es presenten com gas monoatómico, atres gasos poden dividir-se en àtoms individuals.[5] Aixina mateix, molts elements sòlits poden calfar-se i vaporizarse en àtoms individuals. El vapor monoatómico està contingut en un tubo prèviament evacuat que té dos electrodos paralels conectats a una font de tensió. L'excitació ionisant s'introduïx a través de les parets del tubo o es produïx en el seu interior.
Quan s'utilisa llum ultravioleta, la llongitut d'ona s'agrana en la gama ultravioleta. A una determinada llongitut d'ona (λ) i freqüència de la llum (ν=c/λ, a on c és la velocitat de la llum), els quants de llum, l'energia de la qual és proporcional a la freqüència, tindran una energia lo suficientment alta com per a desestajar als electrons menys lligats. Estos electrons seran atrets cap a l'electrodo positiu, i els ions positius que queden despuix de la fotoionización seran atrets cap a l'electrodo carregat negativament. Estos electrons i ions establiran una corrent a través del tubo. L'energia de ionisació serà l'energia dels fotons hνi (h és la constant de Planck) que varen provocar un aument brusc de la corrent: Ii = hνi.
Quan s'utilisen electrons d'alta velocitat per a ionizar els àtoms, estos són produïts per un canó d'electrons dins d'un tubo evacuat similar. L'energia del fes d'electrons pot controlar-se per mig de les tensions d'acceleració. L'energia d'estos electrons que dona lloc a un inici brusc de la corrent de ions i electrons lliberats a través del tubo coincidirà en l'energia de ionisació dels àtoms.
Àtoms: valors i tendències
[editar | editar còdic]Generalment, la (N+1)ª energia de ionisació d'un element particular és major que la Nª energia de ionisació (també pot observar-se que l'energia de ionisació d'un anión és generalment menor que la dels cationes i l'àtom neutre per al mateix element). Quan la següent energia de ionisació implica l'eliminació d'un electró de la mateixa capa d'electrons, l'aument de l'energia de ionisació es deu principalment a l'aument de la càrrega neta del ion del que s'elimina l'electró. Els electrons extrets de ions més carregats experimenten majors forces d'atracció electrostàtica, per lo que la seua extracció requerix més energia. Ademés, quan la següent energia de ionisació implica l'extracció d'un electró d'una capa d'electrons inferior, la gran disminució de la distància entre el núcleu i l'electró també aumenta tant la força electrostàtica com la distància sobre la que deu superar-se eixa força per a extraure l'electró. Abdós factors aumenten encara més l'energia de ionisació.
En la taula següent s'indiquen alguns valors d'elements del tercer periodo:
| Element | Primer | Segon | Tercer | Quarto | Quint | Sext | Sèptim |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Na | 496 | 4,560 | |||||
| Mg | 738 | 1,450 | 7,730 | ||||
| Al | 577 | 1,816 | 2,881 | 11,600 | |||
| Si | 786 | 1,577 | 3,228 | 4,354 | 16,100 | ||
| P | 1,060 | 1,890 | 2,905 | 4,950 | 6,270 | 21,200 | |
| S | 1,000 | 2,295 | 3,375 | 4,565 | 6,950 | 8,490 | 27,107 |
| Cl | 1,256 | 2,260 | 3,850 | 5,160 | 6,560 | 9,360 | 11,000 |
| Ar | 1,520 | 2,665 | 3,945 | 5,770 | 7,230 | 8,780 | 12,000 |
Es produïxen grans bots en les energies de ionisació molar successives en passar configuracions de gas noble. Per eixemple, com pot vore's en la taula anterior, les dos primeres energies de ionisació molar del magnesi (llevant els dos electrons 3s d'un àtom de magnesi) són molt menors que la tercera, que requerix llevar un electró 2p de la configuració neó del Mg2+. Eixe electró 2p està molt més prop del núcleu que els electrons 3s eliminats anteriorment.
.
L'energia de ionisació és també una tendència periòdica dins de la taula periòdica. Movent-se d'esquerra a dreta dins d'un periodo, o cap a dalt dins d'un grup, la primera energia de ionisació generalment aumenta,[6] en excepcions com l'alumini i el sofre en la taula anterior. A mida que la càrrega nuclear del núcleu aumenta a lo llarc del periodo, aumenta l'atracció electrostàtica entre electrons i protones, per lo que el radi atòmic disminuïx, i el núvol d'electrons s'acosta més al núcleu[7] perque els electrons, especialment el més extern, se subjecten en més força per la major càrrega nuclear efectiva.
En moure's cap a avall dins d'un grup donat, els electrons es mantenen en clafolls de major energia en major número quàntic principal n, més llunt del núcleu i per lo tant estan més flojamente units de modo que l'energia de ionisació disminuïx. La càrrega nuclear efectiva aumenta només llentament de modo que el seu efecte es veu compensat per l'aument de n.[8]
Excepcions en les energies de ionisació
[editar | editar còdic]Existixen excepcions a la tendència general d'aument de les energies de ionisació dins d'un periodo. Per eixemple, el valor disminuïx del berili (Plantilla:Nuclide: 9,3 eV) al bor (Plantilla:Nuclide: 8. 3 eV), i de nitrogen (Plantilla:Nuclide: 14,5 eV) a oxigen (Plantilla:Nuclide: 13,6 eV). Estes caigudes poden explicar-se en térmens de configuracions d'electrons.[9]
El bor té el seu últim electró en un orbital 2p, que té la seua densitat electrònica més llunt del núcleu en promig que els electrons 2s en la mateixa capa. Els electrons 2s llavors protegixen a l'electró 2p del núcleu fins a cert punt, i és més fàcil llevar l'electró 2p del bor que llevar un electró 2s del berili, lo que resulta en una energia de ionisació més baixa per a el B.
Referències
[editar | editar còdic]- ↑ «ca/people/faculty/mombourquette/FirstYrChem/Theory/ Capítul 9: Mecànica quàntica» (en és).
- ↑ Plantilla:GoldBookRef
- ↑ Química inorgànica alvançada, 5ª edició, John Wiley, p. 1381. ISBN 0-471-84997-9.
- ↑ Mahan, Bruce H.. «org/details/ionization_energy Energia de ionisació». College of Chemistry, University of Califòrnia Berkeley.
- ↑ «Gas monatómico - una visió general | ScienceDirect Topics».
- ↑ Stone, E.G.. «Estructura Atòmica : Tendències Periòdiques» (en és). 400 Bizzell St, College Station, TX 77843, Texas, Estats Units: Universitat Texas A&M.
- ↑ «Tendències anómales en l'energia de ionisació».
- ↑ Química general, 8th edició, Prentice Hall, p. 370. ISBN 0-13-014329-4.
- ↑ Grandinetti, Philip J.. «Ionization Energy Trends | Grup Grandinetti».
- Este artícul conté una traducció derivada de «Energía de ionización» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.