Ionização em física e química: conceito, processo e exemplos - Ciência - 2023

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o ionizacao É todo aquele processo em que cargas elétricas são geradas a partir de partículas neutras. Isso pode ocorrer através de vários mecanismos ou forças naturais, seja por radiação, calor, campos elétricos, campos magnéticos ou reações químicas. Como consequência, íons são produzidos, que são átomos carregados positiva ou negativamente.

A ionização é um processo fundamental para inúmeros fenômenos físicos, químicos ou naturais, sendo os últimos frequentemente uma mistura de alterações físico-químicas. Por exemplo, nas ionizações físicas, em princípio, não ocorrem reações químicas; ou seja, a produção dos íons não implica a quebra ou a formação de novas ligações.

Porém, em fenômenos naturais, essa ionização costuma ser acompanhada por reações químicas, como a formação de ozônio em baixas altitudes. Além disso, durante tempestades elétricas, os óxidos de nitrogênio são gerados por raios e suas temperaturas intensas, que oxidam o nitrogênio do ar.

Por outro lado, a ionização pode ocorrer furtivamente: na própria água, no atrito entre duas superfícies, na oxidação de metais ou na dissolução de certos gases na água.

Ionização em química

Redução de oxidação

Na ionização química, os íons são produzidos quebrando ou formando ligações. Duas substâncias ganham ou perdem elétrons de maneira irreversível: a que perde os elétrons adquire carga positiva, enquanto a que os ganha retém carga negativa.

Nas baterias, uma substância perde elétrons enquanto outra os ganha. Esses elétrons viajam e ativam os circuitos elétricos de um computador, para finalmente retornar a um segundo compartimento da bateria, onde a outra substância espera que eles os aprisionem e fiquem carregados negativamente. Este é um exemplo de uma ionização química realizada por uma reação de redução de óxido.

Ruptura heterolítica

Outro tipo de ionização química é devido à degradação heterolítica. Quando essa quebra ocorre, a ligação A-B se quebra para formar os íons A.⁺ e B^–uma vez que os elétrons são direcionados para o átomo pelo qual eles "sentem" a maior afinidade. A decomposição heterolítica é geralmente a primeira etapa que governa os mecanismos de muitas reações orgânicas.

Autoionização

Cargas elétricas podem aparecer não apenas pelo movimento dos elétrons em si, mas também pelas ligações que são quebradas ou formadas em uma troca de átomos. É o caso da autoionização, que ocorre entre duas moléculas do mesmo composto.

De todas as ionizações químicas, a autoionização é a mais simples e imperceptível, pois não tem a capacidade de conduzir sozinha a corrente elétrica.

Ionização em física

Eletricidade estática

A ionização também tem muita participação nos fenômenos físicos. Em geral, a ionização em física não envolve reações químicas. Os átomos da matéria ficam eletricamente carregados sem perder sua identidade original.

As superfícies podem trocar elétrons quando se esfregam se um deles for mais eficiente em armazená-los, o que leva à eletricidade estática. Já não falamos apenas de átomos, mas de todo um material que adquire carga negativa ou positiva e que, quando o equilíbrio é restaurado, pode-se literalmente gerar uma descarga elétrica entre dois materiais ou corpos.

Ionização de gás

Átomos gasosos dispersos podem perder elétrons se forem submetidos a um campo elétrico. Ao fazer isso, os átomos ficam excitados e liberam elétrons. Então, conforme eles esfriam e retornam ao seu estado de energia inferior, eles liberam fótons. E o processo se repete indefinidamente. O resultado: uma fonte de iluminação ou eletricidade.

Ionização por radiação ou colisões

Da mesma forma, a matéria pode ganhar energia fornecida por diferentes tipos de radiação (gama, raios X, ultravioleta, etc.) ou colidindo com partículas de alta energia (alfas, betas e nêutrons).

A energia fornecida é tal que um elétron é instantaneamente separado do átomo. Este tipo de ionização está relacionado a múltiplos fenômenos radioativos e cósmicos.

Ionização de água

Cargas elétricas podem aparecer na água devido à sua ionização. É do tipo químico, uma vez que duas moléculas de água reagem repentinamente uma com a outra para se dissociar e gerar os íons H.₃OU⁺ e OH^–:

2h₂O (l) ⇌ H₃OU⁺(ac) + OH^–(ac)

Esse equilíbrio foi muito deslocado em direção à água, de modo que apenas uma quantidade desprezível desses íons é produzida.

Ionização de ar

As moléculas de ar não participam de nenhum equilíbrio de autoionização. Oxigênio, nitrogênio, argônio, vapor d'água e outros gases que compõem o ar não circulam trocando átomos ou elétrons. Portanto, o ar não é um bom condutor de eletricidade em condições normais.

Porém, se for submetido a um campo elétrico, radiação ou temperaturas intensas, pode ionizar-se e tornar-se um bom condutor. É o que acontece, por exemplo, quando raios elétricos caem das nuvens para o solo, elétrons viajando pelo ar com uma súbita explosão de luz.

Exemplos de ionização

Ao longo das seções anteriores, alguns exemplos de ionização foram mencionados. Finalmente, alguns outros serão mencionados.

Oxidação de metal

Quando os metais são oxidados, seja pela ação do oxigênio terrestre ou pelo ataque de substâncias ácidas, eles adquirem cargas positivas para formar óxidos ou sais, respectivamente.

Por exemplo, o ferro é ionizado por oxigênio para se transformar em íons Fe³⁺, localizado nos cristais de óxidos de ferro. O magnésio, por outro lado, se dissolve em ácido sulfúrico para perder elétrons e permanecer como íons de Mg.²⁺ no sal de sulfato de magnésio.

Dissolução de gases na água

Alguns gases, como amônia e cloreto de hidrogênio, se dissolvem na água para perder sua neutralidade e levar à formação de íons. Por exemplo, a amônia quando dissolvida libera parcialmente íons NH₄⁺ e OH^–. Enquanto isso, o cloreto de hidrogênio quando dissolvido produzirá íons H₃OU⁺ e Cl^– completamente.

Um caso semelhante é o da dissolução de sais em água, como sulfato de magnésio, MgSO₄. No entanto, íons de Mg²⁺ Eu sou₄^2- eles já estão presentes nos cristais de sal antes de se dissolverem na água.

Lâmpadas ou tubos de iluminação

Em lâmpadas a vapor ou tubos de iluminação, os átomos gasosos são excitados com descargas elétricas para produzir uma certa quantidade de luz e cores. Por exemplo, essa ionização ocorre nas lâmpadas de sódio ou mercúrio, bem como nas famosas luzes de néon com suas cores brilhantes nas entradas de restaurantes ou lojas.

Energias de ionização

A energia de ionização, uma propriedade periódica, é estudada para caracterizar elementos químicos de acordo com a facilidade com que seus átomos gasosos doam seus elétrons para se tornarem carregados positivamente. Por exemplo, metais tendem a ter as energias de ionização mais baixas, enquanto elementos não metálicos e gases nobres têm as mais altas.

Referências

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