Energia de ionização: potencial, métodos para sua determinação
A energia de ionização refere-se à quantidade mínima de energia, geralmente expressa em unidades de quilojoules por mole (kJ / mol), que é necessária para produzir o desprendimento de um elétron localizado em um átomo em fase gasosa que está em seu estado. fundamental
O estado gasoso refere-se ao estado em que ele está livre da influência que outros átomos podem exercer sobre si mesmos, assim como qualquer interação intermolecular é descartada. A magnitude da energia de ionização é um parâmetro para descrever a força com a qual um elétron está ligado ao átomo do qual faz parte.
Em outras palavras, quanto maior a quantidade de energia de ionização necessária, mais complicado será o desprendimento 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 uma carga neutra; isto é, a energia de ionização.
Deve-se notar que quando se fala em potencial de ionização, um termo que caiu em desuso está sendo usado. Isso ocorre porque, anteriormente, a determinação dessa propriedade era baseada no uso de um potencial eletrostático para a amostra de interesse.
Ao utilizar este potencial eletrostático, ocorreram duas coisas: a ionização das espécies químicas e a aceleração do processo de desprendimento do elétron que se desejava remover.
Assim, quando se começa a utilizar técnicas espectroscópicas para sua determinação, o termo "potencial de ionização" foi substituído por "energia de ionização".
Além disso, sabe-se que as propriedades químicas dos átomos são determinadas pela configuração dos elétrons presentes no nível de energia mais externa desses átomos. Então, a energia de ionização dessas espécies está diretamente relacionada à estabilidade de seus elétrons de valência.
Métodos para determinar a energia de ionização
Como mencionado anteriormente, os métodos para determinar a energia de ionização são principalmente dados por processos de fotoemissão, que são baseados na determinação da energia emitida pelos elétrons como conseqüência da aplicação do efeito fotoelétrico.
Embora possa ser dito que a espectroscopia atômica é o método mais imediato para a determinação da energia de ionização de uma amostra, também temos espectroscopia fotoeletrônica, na qual as energias com as quais os elétrons estão ligados a átomos são medidas.
Neste 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 através da aplicação de radiação ultravioleta.
Isso é feito para analisar as transições de energia dos elétrons mais externos nas espécies químicas estudadas e as características das ligações que eles formam.
A espectroscopia de fotoelétrons de raios-X e radiação ultravioleta extrema também são conhecidos, os quais usam o mesmo princípio descrito acima com diferenças no tipo de radiação que está impingida na amostra, a velocidade com que os elétrons são expelidos e a resolução obtido.
Primeira energia de ionização
No caso de átomos que têm mais de um elétron em seu nível mais externo - isto é, os chamados átomos polieletrônicos - o valor da energia necessária para iniciar o primeiro elétron do átomo que está em seu estado fundamental é dado pelo seguinte equação:
Energia + A (g) → A + (g) + e-
"A" simboliza um átomo de qualquer elemento e o elétron destacado é representado como "e-". Isso resulta na primeira energia de ionização, referida como "I 1 ".
Como pode ser visto, uma reação endotérmica está sendo realizada, uma vez que o átomo está sendo alimentado com energia 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 proporcionalmente ao aumento do 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, os gases nobres possuem altas magnitudes em suas energias de ionização, enquanto os elementos pertencentes aos metais alcalinos e alcalinos terrosos possuem baixos valores dessa energia.
Segunda energia de ionização
Da mesma forma, ao iniciar um segundo elétron do mesmo átomo, a segunda energia de ionização é obtida, simbolizada como "I 2 ".
Energia + A + (g) → A2 + (g) + e-
O mesmo esquema é seguido para as outras energias de ionização ao iniciar os elétrons seguintes, sabendo que, após o desprendimento do elétron de um átomo em seu estado fundamental, o efeito repulsivo entre os elétrons restantes diminui.
Como a propriedade chamada "carga nuclear" permanece constante, uma quantidade maior de energia é necessária para iniciar outro elétron das espécies iônicas que tem carga positiva. Então as energias de ionização aumentam, como visto abaixo:
I 1 <I 2 <I 3 <... <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 orbitais ocupados, etc.) e pela carga nuclear efetiva do elétron a ser destacado.
Devido a esse fenômeno, a maioria das moléculas de natureza orgânica possui altos valores de energia de ionização.
