Potencial de ionização

Em química, Potencial de ionização ou Energia de ionização é a energia mínima necessária para remover um elétron de um átomo na fase gasosa. O processo pode ser descrito da seguinte forma:

.

onde é o elemento no estado gasoso, é a energia de ionização fornecida, é o íon positivo e é o elétron removido.[1]

Para que haja essa separação de um elétron do átomo, deve-se fornecer energia suficiente para exceder a atração da carga nuclear. Como a energia deve ser fornecida (em um processo endotérmico), o sinal da energia de ionização é sempre positivo.[2]

Ordem do potencial de ionizaçãoEditar

Segundo Mahan, Bruce M.; et. al. " … 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.

A unidade de medida para a energia de ionização pode ser expresso em eletrón-volt (eV), mas a unidade usada no SI é o kJ/mol.[3]

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.

Tendências periódicasEditar

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.[4]

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. 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.

Ver tambémEditar

Referências

  1. Design, Postado por Speak. «Energia de ionização». Consultado em 3 de fevereiro de 2021 
  2. «The Parts of the Periodic Table». www.angelo.edu. Consultado em 3 de fevereiro de 2021 
  3. «Energia de ionização. Energia de ionização na Tabela Periódica». Manual da Química. Consultado em 3 de fevereiro de 2021 
  4. «6.16: Periodic Trends- Ionization Energy». Chemistry LibreTexts (em inglês). 27 de junho de 2016. Consultado em 3 de fevereiro de 2021 

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.