Definizione e tendenza dell'energia di ionizzazione

L'energia di ionizzazione è l'energia richiesta per rimuovere un elettrone da un atomo o ione gassoso. La prima o iniziale energia di ionizzazione o E_io di un atomo o molecola è l'energia richiesta per rimuovere una mole di elettroni da una mole di atomi o ioni gassosi isolati.

Potresti pensare all'energia di ionizzazione come una misura della difficoltà di rimuovere l'elettrone o della forza a cui è legato un elettrone. Maggiore è l'energia di ionizzazione, più difficile è rimuovere un elettrone. Pertanto, l'energia di ionizzazione è indice di reattività. L'energia di ionizzazione è importante perché può essere utilizzata per prevedere la forza dei legami chimici.

Conosciuto anche come: potenziale di ionizzazione, IE, IP, ΔH °

unità: L'energia di ionizzazione è riportata in unità di chilojoule per mole (kJ / mol) o elettronvolt (eV).

Andamento dell'energia di ionizzazione nella tavola periodica

La ionizzazione, insieme al raggio atomico e ionico, all'elettronegatività, all'affinità elettronica e alla metallicità, segue una tendenza nella tavola periodica degli elementi.

• L'energia di ionizzazione generalmente aumenta spostandosi da sinistra a destra attraverso un periodo di elementi (riga). Questo perché il raggio atomico generalmente diminuisce muovendosi attraverso un periodo, quindi c'è una maggiore attrazione effettiva tra gli elettroni caricati negativamente e il nucleo caricato positivamente. La ionizzazione è al suo valore minimo per il metallo alcalino sul lato sinistro del tavolo e un massimo per il gas nobile sull'estrema destra di un periodo. Il gas nobile ha un guscio di valenza riempito, quindi resiste alla rimozione degli elettroni.
• La ionizzazione diminuisce spostandosi dall'alto verso il basso verso il basso di un gruppo di elementi (colonna). Questo perché il numero quantico principale dell'elettrone più esterno aumenta spostandosi verso il basso di un gruppo. Ci sono più protoni negli atomi che si spostano verso il basso di un gruppo (maggiore carica positiva), ma l'effetto è quello di tirare i gusci di elettroni, rendendoli più piccoli e schermando gli elettroni esterni dalla forza attrattiva del nucleo. Più gusci di elettroni vengono aggiunti spostandosi verso il basso di un gruppo, quindi l'elettrone più esterno diventa sempre più distante dal nucleo.

Prime, seconde e successive energie di ionizzazione

L'energia necessaria per rimuovere l'elettrone di valenza più esterno da un atomo neutro è la prima energia di ionizzazione. La seconda energia di ionizzazione è quella necessaria per rimuovere l'elettrone successivo e così via. La seconda energia di ionizzazione è sempre superiore alla prima energia di ionizzazione. Prendi, ad esempio, un atomo di metallo alcalino. La rimozione del primo elettrone è relativamente semplice perché la sua perdita conferisce all'atomo un guscio elettronico stabile. La rimozione del secondo elettrone implica un nuovo guscio di elettrone che è più vicino e più strettamente legato al nucleo atomico.

La prima energia di ionizzazione dell'idrogeno può essere rappresentata dalla seguente equazione:

H (g) → H⁺(g) + e^-

ΔH° = -1312,0 kJ / mol

Eccezioni alla tendenza dell'energia di ionizzazione

Se si guarda un grafico delle prime energie di ionizzazione, due eccezioni alla tendenza sono prontamente evidenti. La prima energia di ionizzazione del boro è inferiore a quella del berillio e la prima energia di ionizzazione dell'ossigeno è inferiore a quella dell'azoto.

Il motivo della discrepanza è dovuto alla configurazione elettronica di questi elementi e alla regola di Hund. Per il berillio, il primo elettrone potenziale di ionizzazione viene dal 2S orbitale, sebbene la ionizzazione del boro comporti un 2p elettrone. Sia per azoto che per ossigeno, l'elettrone viene dal 2p orbitale, ma lo spin è lo stesso per tutti e 2p elettroni di azoto, mentre vi è un insieme di elettroni accoppiati in uno dei 2p orbitali di ossigeno.

Punti chiave

• L'energia di ionizzazione è l'energia minima richiesta per rimuovere un elettrone da un atomo o ione nella fase gassosa.
• Le unità più comuni di energia di ionizzazione sono kilojoule per mole (kJ / M) o elettronvolt (eV).
• L'energia di ionizzazione mostra periodicità nella tavola periodica.
• La tendenza generale è che l'energia di ionizzazione aumenti spostandosi da sinistra a destra attraverso un periodo di elementi. Spostandosi da sinistra a destra lungo un periodo, il raggio atomico diminuisce, quindi gli elettroni sono più attratti dal nucleo (più vicino).
• La tendenza generale è che l'energia della ionizzazione diminuisca spostandosi dall'alto verso il basso di un gruppo di tavola periodica. Spostandosi verso il basso di un gruppo, viene aggiunta una shell di valenza. Gli elettroni più esterni sono più lontani dal nucleo a carica positiva, quindi sono più facili da rimuovere.

Riferimenti

• F. Albert Cotton e Geoffrey Wilkinson, Chimica inorganica avanzata (5 ° ed., John Wiley 1988) p.1381.
• Lang, Peter F .; Smith, Barry C. "Energie di ionizzazione di atomi e ioni atomici". JGiornale dell'educazione chimica. 80 (8).