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Potencial de ionização

Potencial de ionização ou Energia de ionização é a energia essencial para remover um elétron de um átomo na fase gasosa.

Átomo no estado fundamental (g) Átomo+ (g) + e-

E = energia de ionização, IE

Para que haja a separação de um elétron de um átomo, deve-se fornecer energia para exceder a atração da carga nuclear, como a energia deve ser fornecida (um processo endotérmico), o sinal da energia de ionização é sempre positivo.

Segundo Mahan, Bruce M.; et. al. [1] " … as primeiras energias de ionização I1 … são iguais às energias mínimas necessárias para provocar a seguinte transformação:

  • ".

A primeira energia de ionização corresponde portanto à mínima energia necessária para se transformar o átomo M de um dado elemento químico no estado gasoso em seu correspondente cátion monovalente, ficando o elétron removido a uma distância tal do cátion que o torne completamente livre da atração eletrostática deste cátion, ou em termos mais específicos, com energia mecânica total nula.

Em verdade podem ser retirados um ou mais elétron de um átomo, o que origina uma sequência de energias de ionização. A definição da segunda energia de ionização nos leva à energia mínima necessária para transformar um cátion monovalente do elemento M em seu correspondente cátion divalente:

e para as demais energias de ionização deve-se seguir o mesmo algoritmo.

As energias de ionização podem ser medida em elétron-volts [eV] ou em (quilo)joules por mol [(K)J/mol], e tem-se abaixo um exemplo com base no alumínio onde a medida desta energia encontra-se expressa em quilojoules por mol (KJ/mol).

1º Potencial de ionização do Al (I1):
Al(g) (+ I1) Al+(g) + e- ⇒ I1 = 577,5 KJ/mol
2º Potencial de ionização do Al (I2):
Al+(g) (+ I2) Al2+(g) + e- ⇒ I2 = 1816,7 KJ/mol
3º Potencial de ionização do Al (I3):
Al2+(g) (+ I3) Al3+(g) + e- ⇒ I3 = 2744,8 KJ/mol

A cada novo elétron retirado do átomo (ou cátion) maior torna-se a energia de ionização subsequente. Isso ocorre devido o aumento da sua carga efetiva do cátion uma vez que a remoção de um elétron implica agor a ausência da blindagem nuclear antes promovida pelo mesmo, e de forma mais evidente percebe-se que é mais fácil retirar um elétron de um átomo neutro do que de um íon positivo já que quanto maior a distância entre o núcleo e o elétron menor é a força de atração (e menor é a energia potencial elétrica) entre eles.

Numa tabela periódica as primeiras energias de ionização tendem a crescer nos:

  • Períodos, da esquerda para a direita. Nesse sentido aumenta a carga nuclear (número atômico) dos átomos, portanto, aumenta a atração do núcleo sobre os elétrons.
  • Grupos de baixo para cima. Nesse sentido diminui o tamanho do átomo, aumentando a atração nuclear sobre os elétrons.

As demais energias de ionização tendem a seguir o mesmo padrão e sofrem aumentos consideráveis quando a remoção do elétron seguinte implica remoção de um elétron de uma camada eletrônica até então completa, o que seria o caso para a quarta energia de ionização do alumínio no exemplo, I4 = 11577,4 KJ/mol.

O correspondente à presente energia de ionização no que se refere à física do estado sólido é o que se chama função trabalho do material, sendo esta uma grandeza muito importante no estudo do efeito fotoelétrico e em técnicas como espectroscopia de fotoelétrons.[2] Se o objetivo é a produção de corrente elétrica de forma contínua e seguramente mensurável a energia associada é a energia de limiar de fotoemissão,sendo esta última muitas vezes também chamada energia de ionização I do material.

Referências

  1. Para mais informações sobre energias em átomos, a saber energia de ionização, afinidade eletrônica e outras, consulte: Mahan, Bruce M.; et. al - Química, Um Curso Universitário, Tradução da quarta edição americana - Cap. 10
  2. Para definições básicas sobre as energias envolvidas no estudo de matéria condensada em termos das suas estruturas de bandas consulte: Carvalho, Lauro Chieza de - Dissertação de Mestrado

BibliografiaEditar

  • Mahan, Bruce M.; Meyers, Rollie J. - Química, um curso universitário, tradução da quarta edição americana - Ed. Edgard Blücher Ltda - 2ª reimpressão - 1997 - São Paulo, SP.
  • Carvalho, Lauro Chieza de - Estudo das Estruturas Fe:GaAs e Fe:Cs:GaAs por Espectroscopia de Fotoelétrons Excitados por Raios X - Universidade Federal de Minas Gerais - ICEx - 11 de julho de 2005 [1]
  • Kotz, John C.; Treichel, Paul M.; Weaver, Gabriela C. - Química Geral e Reações Químicas, tradução da 6ª edição norte-americana - Ed. Censange - 4ª reimpressão - 2009 - São Paulo - SP.

Energia de Ionização - Saiba mais - Definição e Tabela Períodica da Energia de Ionização do Átomo [2].

Ver tambémEditar