El término energía de ionización hace referencia al número, o cantidad, de energía necesaria para expulsar un electrón de la forma gaseosa de un átomo o molécula.
A medida que se eliminan electrones, se hace más difícil eliminar otro porque la carga del átomo ha cambiado, y el electrón se siente más atraído a permanecer en el átomo. Por lo tanto, se pueden requerir diferentes energías de ionización en diferentes circunstancias.
Aprenda a calcular correctamente la cantidad de energía necesaria y vea ejemplos de energía de ionización.
Tabla de contenidos
- 1 ¿Qué es la Energía Iónica?
- 2 Tabla periódica y tendencia de las energías de ionización
- 3 ¿Cómo calcular la energía de ionización?
- 4 Primera, Segunda y Tercera Energía de Ionización
- 5 Variación de la Energía de Ionización en la Tabla Periódica
- 6 Energía de ionización y afinidad electrónica
- 7 Ejemplos de energía de ionización
- 8 Ejemplos de Energía de Ionización
- 9 Energía de Ionización de los elementos químicos
- 10 Usos de la Energía Iónica
¿Qué es la Energía Iónica?
La energía de ionización, también llamado energía iónica, es la energía requerida para eliminar un electrón de un átomo específico. Este término solía llamarse potencial de ionización, pero ya NO se usa.
H(g) → H+(g) + e−
En química, esta energía generalmente se expresa en kJ/mol, que es una unidad de energía, al igual que las calorías Kcal/mol. En física, se mide en voltios de electrones (eV) y se refiere a mover un solo electrón.
La energía de ionización es importante porque puede usarse para ayudar a predecir la fuerza de los enlaces químicos.
Al considerar un átomo inicialmente neutro, expulsar el primer electrón requerirá menos energía que expulsar el segundo, el segundo requerirá menos energía que el tercero, y así sucesivamente. Cada electrón sucesivo requiere más energía para ser liberado. Esto se debe a que después de que se pierde el primer electrón, la carga global del átomo se vuelve positiva, y las fuerzas negativas del electrón serán atraídas a la carga positiva del ión recién formado. Cuantos más electrones se pierdan, más positivo será este ion, más difícil será separar los electrones del átomo.
A medida que los electrones se eliminan de un átomo, se vuelve más difícil de eliminar más electrones y requiere más energía de ionización, ya que la carga del átomo ha variado.
En general, cuanto más lejos esté un electrón del núcleo, más fácil será su expulsión. En otras palabras, la energía de ionización es una función del radio atómico; cuanto mayor sea el radio, menor será la cantidad de energía requerida para eliminar el electrón del orbital más externo. Por ejemplo, sería mucho más fácil quitar los electrones del elemento más grande de Ca (Calcio) que de uno donde los electrones se mantienen más apretados al núcleo, como el Cl (Cloro).
En una reacción química, comprender la energía de ionización es importante para comprender el comportamiento de si varios átomos forman enlaces covalentes o iónicos entre sí. Por ejemplo, la energía de ionización del sodio (metal alcalino) es 496KJ / mol, mientras que la primera energía de ionización del cloro es 1251.1 KJ / mol. Debido a esta diferencia en su energía de ionización, cuando se combinan químicamente forman un enlace iónico. Los elementos que se encuentran cerca uno del otro en la tabla periódica o los elementos que no tienen mucha diferencia en la energía de ionización forman enlaces covalentes o covalentes polares. Por ejemplo, el carbono y el oxígeno hacen que el CO2 (dióxido de carbono) se encuentre cerca uno del otro en una tabla periódica; Ellos, por lo tanto, forman un enlace covalente. El carbono y el cloro hacen que CCl4 (tetracloruro de carbono) sea otra molécula que esté unida covalentemente.
Tabla periódica y tendencia de las energías de ionización
Como se describió anteriormente, las energías de ionización dependen del radio atómico. Desde que va de derecha a izquierda en la tabla periódica, el radio atómico aumenta; y la energía de ionización aumenta moviéndose de izquierda a derecha en la tabla periódica. La energía disminuye moviéndose de arriba a abajo en la tabla periódica.
Se observan excepciones a esta tendencia para los metales alcalinotérreos (grupo 2) y los elementos del grupo del nitrógeno (grupo 15). Típicamente, los elementos del grupo 2 tienen una energía de ionización mayor que los elementos del grupo 13 y los elementos del grupo 15 tienen mayor energía de ionización que los elementos del grupo 16. Los grupos 2 y 15 tienen una configuración electrónica completa y semillena respectivamente, por lo que requiere más energía para eliminar un electrón de los orbitales completamente llenos que los orbitales incompletos.
Los metales alcalinos (grupo IA) tienen pequeñas energías de ionización, especialmente cuando se comparan con los halógenos o el grupo VIIA.
Se dice que el cesio tiene la energía de ionización más baja y se dice que el flúor tiene la energía de ionización más alta (con la excepción del helio y el neón).
| Li 520 | Be 899 | B 800 | C 1086 | N 1402 | O 1314 | F 1680 |
| Tabla 1: Muestra la tendencia creciente de la energía de ionización en KJ/mol (excepción en el caso del boro) de izquierda a derecha en la tabla periódica | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| Li 520 |
| Na 496 |
| K 419 |
| Rb 408 |
| Cs 376 |
| Fr 398 |
| Tabla 2: Muestra la tendencia decreciente de las energía de ionización (KJ/mol) de arriba a abajo (Cs es la excepción en el primer grupo. |
|---|
¿Cómo calcular la energía de ionización?
La ionización de la energía debe calcularse para cada ion en la tabla periódica. Como tal, para comprender la ionización de la energía, es útil comprender las ecuaciones que se utilizan para calcular la cantidad de energía necesaria para expulsar electrones.
La ecuación básica para la energía de ionización es:
H(g) → H+(g) + e−
La cantidad de energía necesaria cambia cada vez que se libera un electrón, ya que se vuelve más difícil eliminar los electrones después de que uno o más ya han sido eliminados del átomo o molécula. Por lo tanto, la ecuación cambia.
Las diferentes ecuaciones son las siguientes:
- Primera ecuación de la energía de ionización (EI1)
M(g) → M+(g) + e– EI1
- Segunda ecuación de la Energía de Ionización (EI2)
M+(g) → M2+(g) + e– IE2
- Tercera ecuación de la Energía de Ionización (EI3)
M2+(g) → M3+(g) + e– IE3
Primera, Segunda y Tercera Energía de Ionización
El símbolo I1 representa la primera energía de ionización (energía requerida para quitar un electrón de un átomo neutro) y el símbolo I2 representa la segunda energía de ionización (energía requerida para quitar un electrón de un átomo con una carga de +1). La energía de ionización sucesiva es mayor que la energía precedente. Esto significa que I1 <I2 <I3 <… <In y así sucesivamente.
Ejemplo de cómo la energía de ionización aumenta a medida que se eliminan los electrones sucesivos.
Mg(g) → Mg+ (g) + e− => I1 = 738 kJ/mol
Mg+(g) → Mg2+ (g) + e− => I2 = 1451 kJ/mol
Tabla 3: Energías de ionización (kJ / mol)
| EI1 | EI2 | EI3 | EI4 | EI5 | EI6 | EI7 | EI8 | |
| H | 1312 | |||||||
| He | 2372 | 5250 | ||||||
| Li | 520 | 7297 | 11810 | |||||
| Be | 899 | 1757 | 14845 | 21000 | ||||
| B | 800 | 2426 | 3659 | 25020 | 32820 | |||
| C | 1086 | 2352 | 4619 | 6221 | 37820 | 47260 | ||
| N | 1402 | 2855 | 4576 | 7473 | 9442 | 53250 | 64340 | |
| O | 1314 | 3388 | 5296 | 7467 | 10987 | 13320 | 71320 | 84070 |
| F | 1680 | 3375 | 6045 | 8408 | 11020 | 15160 | 17860 | 92010 |
| Ne | 2080 | 3963 | 6130 | 9361 | 12180 | 15240 | ||
| Na | 496 | 4563 | 6913 | 9541 | 13350 | 16600 | 20113 | 25666 |
| Mg | 737 | 1450 | 7731 | 10545 | 13627 | 17995 | 21700 | 25662 |
Variación de la Energía de Ionización en la Tabla Periódica
La Variación de la Energía de Ionización con respecto al Numero Atómico, es la siguiente:
Energía de ionización y afinidad electrónica
Tanto la energía de ionización como la afinidad electrónica tienen una tendencia similar en la tabla periódica. Por ejemplo, al igual que la energía de ionización aumenta a lo largo de los períodos, la afinidad de los electrones también aumenta. Del mismo modo, la afinidad de los electrones disminuye de arriba a abajo debido al mismo factor, es decir, al efecto de protección. Los halógenos pueden capturar un electrón fácilmente en comparación con los elementos del primer y segundo grupo. Esta tendencia a capturar un electrón en estado gaseoso se denomina electronegatividad. Esta tendencia también determina una de las diferencias químicas entre los elementos no metálicos y metálicos.
Tabla 4: muestra una tendencia creciente de afinidad electrónica de izquierda a derecha
| B 27 | C 123.4 | N 7 | O 142.5 | F 331.4 |
Tabla 5: muestra un patrón decreciente de las afinidades electrónicas de arriba a abajo
| H 73.5 |
| Li 60.4 |
| Na 53.2 |
| K 48.9 |
| Rb 47.4 |
| Cs 46.0 |
| Fr 44.5 |
Como se indicó anteriormente, los elementos del lado derecho de la tabla periódica (tabla 4) tienen tendencia a recibir el electrón, mientras que el de la izquierda es más electropositivo. Además, de izquierda a derecha, las características metálicas de los elementos disminuyen.
Ejemplos de energía de ionización
El término «ionización» se refiere al uso de calor, electricidad, productos químicos, descargas o radiación para transformar los átomos que son neutros en átomos con una carga eléctrica positiva o negativa.
Existen muchos ejemplos diferentes de ionización porque hay muchas situaciones en las que los átomos se transforman.
Algunos ejemplos con los que puede estar familiarizado son:
- Cuando el sodio y el cloro se combinan para producir sal, el átomo del sodio cede un electrón, lo que resulta en una carga positiva, mientras que el cloro obtiene el electrón y se carga negativamente como resultado.
- Cuando el gas de cloruro de hidrógeno y el agua previamente neutros se combinan, producen iones de hidronio que están cargados positivamente y los iones de cloruro cargados negativamente.
- Cuando el zinc se expone al ácido, pierde electrones y, por lo tanto, se carga positivamente.
En cada una de estas situaciones diferentes, la carga de los átomos cambia como resultado de la exposición a otros elementos o la combinación con otros elementos.
Ejemplos de Energía de Ionización
Esta tabla muestra ejemplos de los elementos que requieren más energía de ionización en el primer nivel de ionización.
| Número Atómico | Nombre | 1er nivel de energía de ionización |
|---|---|---|
| 2 | helio | 24.59 |
| 10 | neón | 21.56 |
| 9 | flúor | 17.42 |
| 18 | argón | 15.76 |
| 7 | nitrógeno | 14.53 |
| 36 | Kriptón | 14 |
| 8 | oxígeno | 13.62 |
| 17 | cloro | 12.97 |
| 54 | xenón | 12.13 |
| 6 | carbono | 11.26 |
Para convertir de eV a kJ/mol, multiplique por 96,4689. Algunos números varían en función del redondeo.
Para ver un ejemplo de energía de ionización, veamos el sodio. En este ejemplo de energía de ionización, Na significa sodio y e- es el electrón que se retira del átomo de sodio.
Primer nivel de ionización (IE1):
Na(g) → Na+(g) + e-
IE1 = 496 kJ/mol
Segundo nivel de ionización (IE2):
Na+(g) → Na2+(g) + e
IE2 = 4560 kJ/mol
Tercer nivel de ionización (IE3):
Na2+(g) → Na3+(g) + e
IE3 = 6913 kJ/mol
Energía de Ionización de los elementos químicos
Energía de Ionización en cada uno de los elementos de la tabla periódica:
Usos de la Energía Iónica
- Detección de amenazas: Los distintos tipos de estudios realizados en torno a la energía iónica, han permitido desarrollar métodos que permiten poder detectar cualquier tipo de amenaza que tiene que ver con explosivos y drogas.
- Tubos fluorescentes y televisores: Por otro lado, se sabe que el proceso de ionización también se da para el buen funcionamiento de los tubos fluorescentes, pero no solo eso sino que también nos sirve para que los televisores de plasma puedan encenderse.
- Control de rayos: Además de la potencia que se consigue con la ionización hace posible también el control de la fuerza o energía que liberan los rayos en una tormenta, de modo que la intensidad de estos se puede reducir con aparatos específicos que utilizan la mencionada ionización y que están actualmente en desarrollo.
- Biotecnología: En el campo de la biotecnología, la energía de ionización puede aplicarse para el análisis de proteínas y péptidos.
- Análisis farmacéutico: Así mismo se puede utilizar para el descubrimiento de drogas, química combinatoria, y para controlar el metabolismo de los medicamentos.
- Esterilización: Por último cabe añadir que a través de la ionización es también posible esterilizar un instrumento, de modo que desaparecerán todos los microorganismos de un determinado lugar a través de aplicar un proceso que tiene que ver además con la radiación.