Definición y tendencia de la energía de ionización

La energía de ionización es la energía necesaria para eliminar un electrón de un átomo o ión gaseoso. La primera o energía de ionización inicial o Ei de un átomo o molécula es la energía necesaria para eliminar un mol de electrones de un mol de átomos o iones gaseosos aislados.Definición y tendencia de la energía de ionización

Usted puede pensar en la energía de ionización como una medida de la dificultad de eliminar un electrón o de la fuerza por la cual un electrón está ligado. Cuanto mayor es la energía de ionización, más difícil es eliminar un electrón. Por lo tanto, la energía de ionización está en el indicador de reactividad. La energía de ionización es importante porque se puede utilizar para ayudar a predecir la fuerza de los enlaces químicos.

Tendencia de la energía de ionización en la tabla periódica

La ionización, junto con el radio atómico e iónico, la electronegatividad, la afinidad de los electrones y la metalicidad, sigue una tendencia en la tabla periódica de elementos.

La energía de ionización generalmente aumenta al moverse de izquierda a derecha a lo largo de un período de elementos (fila). Esto se debe a que el radio atómico generalmente disminuye al moverse a lo largo de un período, por lo que existe una mayor atracción efectiva entre los electrones cargados negativamente y el núcleo cargado positivamente.

Primeras, segundas y subsiguientes energías de ionización

La ionización está en su valor mínimo para el metal alcalino en el lado izquierdo de la tabla y un máximo para el gas noble en el lado derecho de un período. El gas noble tiene una cubierta de valencia llena, por lo que resiste la remoción de electrones.
La ionización disminuye al mover de arriba hacia abajo un grupo de elementos (columna). Esto se debe a que el número cuántico principal del electrón más externo aumenta al moverse hacia abajo de un grupo.

Hay más protones en los átomos que se mueven hacia abajo en un grupo (mayor carga positiva), sin embargo, el efecto es atraer las capas de electrones, haciéndolas más pequeñas y protegiendo a los electrones externos de la fuerza atractiva del núcleo. Se agregan más capas de electrones moviéndose hacia abajo en un grupo, de modo que el electrón más externo se va distanciando cada vez más del núcleo.

Primeras, segundas y subsiguientes energías de ionización

La energía necesaria para eliminar el electrón de valencia más externo de un átomo neutro es la primera energía de ionización. La segunda energía de ionización es la necesaria para eliminar el siguiente electrón, y así sucesivamente. La segunda energía de ionización es siempre mayor que la primera.

Tomemos, por ejemplo, un átomo de metal alcalino. La remoción del primer electrón es relativamente fácil porque su pérdida le da al átomo una cubierta de electrón estable. La remoción del segundo electrón involucra una nueva envoltura de electrones que está más cerca y más estrechamente ligada al núcleo atómico.

La primera energía de ionización del hidrógeno puede ser representada por la siguiente ecuación:

H(g) → H+(g) + e-

ΔH° = -1312.0 kJ/molExcepciones a la tendencia de la energía de ionización

Excepciones a la tendencia de la energía de ionización

Si se observa una tabla de energías de primera ionización, dos excepciones a la tendencia son fácilmente aparentes. La primera energía de ionización del boro es menor que la del berilio y la primera energía de ionización del oxígeno es menor que la del nitrógeno.

La razón de la discrepancia se debe a la configuración electrónica de estos elementos y a la regla de Hund’s. Para el berilio, el primer electrón potencial de ionización proviene de la órbita 2s, aunque la ionización del boro involucra un electrón de 2p. Tanto para el nitrógeno como para el oxígeno, el electrón proviene de la órbita 2p, pero el espín es el mismo para todos los electrones de nitrógeno 2p, mientras que hay un conjunto de electrones emparejados en una de las órbitas de oxígeno 2p.

Puntos Clave

  • La energía de ionización es la energía mínima requerida para eliminar un electrón de un átomo o ión en la fase gaseosa.
  • Las unidades más comunes de energía de ionización son los kilojulios por mol (kJ/M) o los electronvoltios (eV).
  • La energía de ionización exhibe periodicidad en la tabla periódica.
  • La tendencia general es que la energía de ionización aumente al moverse de izquierda a derecha a lo largo de un período de elementos. Al moverse de izquierda a derecha a lo largo de un período, el radio atómico disminuye, por lo que los electrones son más atraídos hacia el núcleo (más cercano).Factores que afectan la energía de ionización
  • La tendencia general es que la energía de ionización disminuya al pasar de arriba hacia abajo en un grupo de tablas periódicas. Moviéndose hacia abajo en un grupo, se agrega una concha de valencia. Los electrones más externos están más alejados del núcleo cargado positivamente, por lo que son más fáciles de eliminar.

Factores que afectan la energía de ionización

La energía de ionización depende de un par de factores diferentes. En general, cuando hay más protones en el núcleo, la energía de ionización aumenta. Esto tiene sentido porque con más protones atrayendo a los electrones, la energía requerida para superar la atracción se hace más grande. El otro factor es si la capa con los electrones más externos está completamente ocupada por electrones.

Una capa completa por ejemplo, la capa que contiene ambos electrones en el helio es más difícil de eliminar los electrones que una capa parcialmente llena porque la disposición es más estable. Si hay una capa completa con un electrón en una capa externa, los electrones en la capa completa «protegen» al electrón en la capa externa de parte de la fuerza atractiva del núcleo, de modo que el electrón en la capa externa necesita menos energía para ser eliminado.