Energia de ionização: potencial, métodos de determinação - Ciência - 2023

Contente

o energia de ionização refere-se à quantidade mínima de energia, normalmente expressa em unidades de kilojoules por mol (kJ / mol), que é necessária para produzir o desprendimento de um elétron localizado em um átomo de fase gasosa que está em seu estado fundamental.

O estado gasoso se refere ao estado em que está livre da influência que outros átomos podem exercer sobre si próprios, bem como qualquer interação intermolecular é excluída. A magnitude da energia de ionização é um parâmetro para descrever a força com a qual um elétron se liga ao átomo do qual faz parte.

Em outras palavras, quanto maior a quantidade de energia de ionização necessária, mais difícil será a separação do elétron em questão.

Potencial de ionização

O potencial de ionização de um átomo ou molécula é definido como a quantidade mínima de energia que deve ser aplicada para causar o desprendimento de um elétron da camada mais externa do átomo em seu estado fundamental e com carga neutra; ou seja, a energia de ionização.

Ressalta-se que quando se fala em potencial de ionização, está sendo utilizado um termo que caiu em desuso. Isso porque, anteriormente, a determinação dessa propriedade era baseada na utilização de um potencial eletrostático para a amostra de interesse.

Ao usar esse potencial eletrostático, duas coisas aconteceram: a ionização das espécies químicas e a aceleração do processo de liberação do elétron que se desejava remover.

Assim, ao começar a usar técnicas espectroscópicas para sua determinação, o termo "potencial de ionização" foi substituído por "energia de ionização".

Da mesma forma, sabe-se que as propriedades químicas dos átomos são determinadas pela configuração dos elétrons presentes no nível de energia mais externo desses átomos. Portanto, a energia de ionização dessas espécies está diretamente relacionada à estabilidade de seus elétrons de valência.

Métodos para determinar a energia de ionização

Conforme mencionado anteriormente, os métodos de determinação da energia de ionização são dados principalmente por processos de fotoemissão, que se baseiam na determinação da energia emitida pelos elétrons em decorrência da aplicação do efeito fotoelétrico.

Embora se possa dizer que a espectroscopia atômica é o método mais imediato para determinar a energia de ionização de uma amostra, existe também a espectroscopia de fotoelétrons, na qual são medidas as energias com as quais os elétrons se ligam aos átomos.

Nesse sentido, a espectroscopia de fotoelétrons ultravioleta - também conhecida como UPS por sua sigla em inglês - é uma técnica que utiliza a excitação de átomos ou moléculas por meio da aplicação de radiação ultravioleta.

Isso é feito para analisar as transições energéticas dos elétrons mais externos nas espécies químicas estudadas e as características das ligações que eles formam.

Também são conhecidas espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e radiação ultravioleta extrema, que usam o mesmo princípio descrito acima com diferenças no tipo de radiação que incide sobre a amostra, a velocidade com que os elétrons são expelidos e a resolução obtido.

Primeira energia de ionização

No caso de átomos que possuem mais de um elétron em seu nível mais externo - isto é, os chamados átomos polieletrônicos - o valor da energia necessária para remover o primeiro elétron do átomo que está em seu estado fundamental é dado por seguinte equação:

Energia + A (g) → A⁺(g) + e^–

"A" simboliza um átomo de qualquer elemento e o elétron destacado é representado como "e^–”. Assim, a primeira energia de ionização é obtida, referida como "I₁”.

Como pode ser visto, uma reação endotérmica está ocorrendo, já que energia está sendo fornecida ao átomo para obter um elétron adicionado ao cátion daquele elemento.

Da mesma forma, o valor da primeira energia de ionização dos elementos presentes no mesmo período aumenta na proporção do aumento de seu número atômico.

Isso significa que ele diminui da direita para a esquerda em um período e de cima para baixo no mesmo grupo da tabela periódica.

Nesse sentido, gases nobres possuem altas magnitudes em suas energias de ionização, enquanto os elementos pertencentes aos metais alcalinos e alcalino-terrosos apresentam baixos valores dessa energia.

Segunda energia de ionização

Da mesma forma, quando um segundo elétron é retirado do mesmo átomo, a segunda energia de ionização é obtida, simbolizada como “I₂”.

Energia + A⁺(g) → A²⁺(g) + e^–

O mesmo esquema é seguido para as demais energias de ionização ao iniciar os elétrons seguintes, sabendo-se que, seguido do desprendimento do elétron de um átomo em seu estado fundamental, diminui o efeito repulsivo existente entre os elétrons remanescentes.

Como a propriedade chamada "carga nuclear" permanece constante, uma quantidade maior de energia é necessária para remover outro elétron da espécie iônica que possui a carga positiva. Assim, as energias de ionização aumentam, conforme visto a seguir:

Eu₁ <I₂ <Eu₃ <… <I_n

Finalmente, além do efeito da carga nuclear, as energias de ionização são afetadas pela configuração eletrônica (número de elétrons na camada de valência, tipo de orbital ocupado, etc.) e pela carga nuclear efetiva do elétron a ser derramado.

Devido a esse fenômeno, a maioria das moléculas de natureza orgânica apresentam altos valores de energia de ionização.

Referências

Chang, R. (2007). Química, nona edição. México: McGraw-Hill.
Wikipedia. (s.f.). Energia de ionização. Recuperado de en.wikipedia.org
Hiperfísica. (s.f.). Energias de ionização. Obtido em hyperphysics.phy-astr.gsu.edu
Field, F. H. e Franklin, J. L. (2013). Fenômenos de impacto de elétrons: e as propriedades dos íons gasosos. Recuperado de books.google.co.ve
Carey, F. A. (2012). Química Orgânica Avançada: Parte A: Estrutura e Mecanismos. Obtido em books.google.co.ve