Energia de Ionização: veja o que é e exemplos

Introdução

Quando um átomo se encontra isolado, ou seja, em seu estado fundamental, ele pode absorver energia tornando possível a transferência de seu elétron de um nível energético quantizado para outro. O elétron pode ainda ser totalmente removido do átomo caso a energia fornecida seja alta o suficiente para isso. O átomo se transforma, então, em um cátion (íon positivo).

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O elétron mais facilmente removível é aquele menos preso ao núcleo e o que possui a energia mais alta. A ionização trata-se, portanto, do processo de transformação de um átomo neutro em um íon positivo por meio da remoção de seu elétron.

A energia de ionização é a energia mínima necessária para a remoção de um ou mais elétrons de um átomo isolado na fase gasosa. Esquematicamente, temos:

X⁰_(g) + energia → X⁺_(g) + e^-

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Índice

Qual é a definição de energia de ionização?

A energia de ionização é a quantidade de energia necessária para remover o elétron mais fracamente ligado de um átomo ou íon isolado e gasoso, transformando-o em um íon positivo. Essa energia varia dependendo do elemento e é um indicador da tendência do átomo em formar íons.

Geralmente, quanto mais alta a energia de ionização, mais difícil é remover um elétron, o que influencia as propriedades químicas do elemento.

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Variação da energia de ionização

A energia de ionização é uma das propriedades atômicas que variam periodicamente em função do número atômico (Z). A variação da energia de ionização está mostrada na tabela periódica abaixo:

Tabela de energia de ionização

Em uma mesma família ou grupo: a energia de ionização aumenta de baixo para cima.
Em um mesmo período: a energia de ionização aumenta da esquerda para a direita.

Podemos ver que, nas famílias e nos períodos, a energia de ionização aumenta à medida que o raio atômico diminui. Isso ocorre porque, quanto menor for o tamanho do átomo, maior será a atração dos elétrons na eletrosfera pelos prótons no núcleo, tornando mais difícil de se retirar o elétron. Logo, quanto maior o raio do átomo, menor será a atração exercida pelo núcleo sobre o elétron mais afastado e menor será a energia necessária para removê-lo do átomo.

Pequenos desvios dessas tendências podem ser atribuídos às repulsões entre os elétrons, particularmente os que ocupam o mesmo orbital, como ocorre no caso do oxigênio.

A primeira energia de ionização é mais baixa do que a esperada, pois o elétron é removido de um orbital 2p que contém um segundo elétron. Esses dois elétrons estão ocupando o mesmo espaço e acabam se repelindo mais fortemente do que se repeliriam se estivessem em orbitais diferentes. Isso acaba facilitando a remoção do elétron do oxigênio.

Os metais apresentam uma energia de ionização menor do que os ametais. Estes, por sua vez, possuem energia de ionização menor do que os gases nobres. Logo, quanto maior for a eletropositividade de um átomo, isto é, quanto maior for a tendência do átomo em perder elétrons e formar cátions, menor será sua energia de ionização.

Quando o primeiro elétron é retirado, o raio do átomo diminui. Isso faz com que a atração do núcleo sobre os elétrons se torne mais forte. Por isso, a energia necessária para retirar o segundo elétron é maior. Portanto, para um mesmo átomo, temos:

1ª energia de ionização < 2ª energia de ionização < 3ª energia de ionização

A 1ª energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo neutro na forma gasosa. A 2ª energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um cátion com carga unitária na forma gasosa. Veja alguns exemplos:

Para o alumínio (Al: Z = 13): ₁₃Al → 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹

1ª energia de ionização: Al _(g) + 577,4 KJ/mol → Al¹⁺_(g)+ e^-

₁₃Al¹⁺ → 1s² 2s² 2p⁶ 3s²

2ª energia de ionização: Al¹⁺_(g) + 1816,6 KJ/mol → Al²⁺_(g)+ e^-

₁₃Al²⁺ → 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

3ª energia de ionização: Al²⁺_(g) + 2744,6 KJ/mol → Al³⁺_(g)+ e^-

₁₃Al³⁺ → 1s² 2s² 2p⁶

4ª energia de ionização: Al³⁺_(g) + 11575,0 KJ/mol → Al⁴⁺_(g)+ e^-

₁₃Al⁴⁺ → 1s² 2s² 2p⁵

Energias de ionização.

Para o magnésio (Mg: Z = 12): ₁₂Mg → 1s² 2s² 2p⁶ 3s²

1ª energia de ionização: Mg _(g) + 738 KJ/mol → Mg¹⁺_(g)+ e^-

₁₂Mg¹⁺ → 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

2ª energia de ionização: Mg¹⁺_(g) + 1451 KJ/mol → Mg²⁺_(g)+ e^-

₁₂Mg²⁺ → 1s² 2s² 2p⁶

Energias de ionização.

Perceba que a energia de ionização aumenta à medida que o íon vai se tornando cada vez mais positivamente carregado.

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Como identificar a energia de ionização?

Para identificar a energia de ionização de um elemento, é comum consultar tabelas periódicas ou bancos de dados químicos que listam esses valores. A energia de ionização é geralmente medida em eletronvolts (eV) ou kilojoules por mol (kJ/mol). Fatores que influenciam a energia de ionização incluem o número de elétrons no átomo, a distância do elétron à ser removido do núcleo, e a carga nuclear efetiva.

Elementos no topo do grupo na tabela periódica e à direita dos períodos geralmente têm maiores energias de ionização.

Como saber quem tem maior energia de ionização?

Para determinar qual elemento tem maior energia de ionização, considere as seguintes diretrizes gerais:

Posição na Tabela Periódica: Elementos à direita e no topo da tabela periódica geralmente têm maiores energias de ionização devido à maior carga nuclear efetiva e ao menor raio atômico.
Número Atômico: Elementos com maior número atômico no mesmo período tendem a ter maior energia de ionização.
Configuração Eletrônica: Átomos com uma configuração eletrônica estável ou semi-estável, como gases nobres e metais de transição, têm geralmente maior energia de ionização.

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Os elementos químicos foram agrupados e organizados no quadro periódico, de acordo com critérios que relacionam as propriedades com as suas estruturas eletrônicas.

O diagrama abaixo mostra a variação da primeira energia de ionização de alguns elementos com o número atômico.

De acordo com o gráfico, é correto afirmar que:

A os elementos que pertencem ao mesmo grupo têm o mesmo potencial de ionização.

B os metais alcalinos são os elementos que possuem os menores potenciais de ionização.

C o potencial de ionização cresce, nos grupos, à medida que o número atômico aumenta.

D os elementos que têm os menores potenciais de ionização nos períodos são os gases nobres.

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