Energia de Ionização

Dada a configuração do elemento de átomos de sódio (Na) e de cloro (Cl) e seus respectivos números atômicos.

Na (Z = 11) → 1s²2s²2p⁶3s¹

Cl (Z = 17) → 1s²2s²2p⁶3s²3p⁵

O Na é um metal alcalino da família IA da tabela periódica. Uma propriedade interessante é que o sódio apresenta facilidade em perder elétrons. O que significa isso? A matéria é constituída por átomos, e sabe-se que a matéria interage com a  energia, para que ocorra uma transformação nas propriedades da matéria implica do quanto um determinado fenômeno num dado sistema perde ou ganha energia. Assim, átomos de Na absorvem energia para formar uma ligação química na interação com outros átomos de diferentes números atômicos.

– Logo, o átomo de Na perde um elétron formando um cátion (Na⁺): 1s²2s²2p⁶ ficando com 8 elétrons na camada de valência (estado de menor energia; estado fundamental).

– O Cloro (Cl) é um halogênio presente na família VIIA da tabela periódica. A tendência do cloro é receber 1 elétron para completar a camada de valência, formando um ânion (Cl^–): 1s²2s²2p⁶3s² 3p⁶.

A ligação entre esses íons de cargas opostas, sendo um metal e um não metal é do tipo iônica. Formando o cloreto de sódio como composto iônico:

Na⁺_(g)  + Cl^⁻_(g) → NaCl_(g)

 A formação de uma ligação de um composto iônico irá depender do quanto de energia for necessária fornecer para a remoção de um ou mais elétrons de um átomo e de sua transferência para outro átomo. Assim, podemos definir Energia de Ionização:

É a energia mínima necessária para retirar um elétron de maior energia de um átomo isolado em seu estado gasoso e fundamental. Os elementos com baixa E.I apresentam maior tendência em perder um elétron. E elementos com alta E.I apresentam tendência a receber um elétron.

De modo genérico, representamos da seguinte forma:

E.I = E(X⁺) – E(X)

A unidade de energia de ionização (E.I) pode ser expressa em elétron-volts (eV) ou em quilojoules por mol de átomos (kJ/mol).

Para conseguir remover um elétron que se encontra em um nível maior de excitação energética é preciso fornecer a energia necessária para retirada desse elétron, então, se trata de um valor específico de energia (energia necessária!) capaz de romper com a atração da carga nuclear. A energia de ionização depende do equilíbrio da carga nuclear que diz respeito à interação entre núcleo-elétron, portanto depende do número atômico (Z) e da repulsão entre elétron-elétron. Voltando ao nosso exemplo do Na_(g), podemos simplificar:

Na­_(g) + E.I → Na_(g)⁺ + 1e^̵

logo,

Na­_(g) + 5,1 eV → Na_(g)⁺ + 1e^̵

Perceba que a energia suficiente aplicada ao Na_(g) na retirada de 1 elétron para a formação do íon positivo Na_(g)⁺ é de 5,1 eV. Outros exemplos:

Cobre (Cu)

Cu_(g) + 7,73 eV  → Cu⁺_(g) + 1e^̵

A energia necessária fornecida ao Cu_(g) neutro na fase gasosa para remover 1 elétron na formação de um cátion (Cu⁺)  é de 7,73 eV, ou poderíamos expressar em 746 kJ/mol. Quanto maior a energia fornecida ao átomo maiores são as possibilidades de se retirar um elétron desse átomo. Nos exemplos acima, observamos a quantidade de energia fornecida para retirada de 1 elétron, é o que chamamos de Primeira Energia de Inonização (E.I₁).

A segunda energia de ionização (E.I₂)é a energia necessária para retirada de um elétron do cátion de uma única carga no estado gasoso resultante da primeira ionização. Retomemos o exemplo do Cobre:

Determinamos que E.I₁ do Cu é:

Cu_(g) → Cu⁺_(g) + e^̵  (E.I₁ = 7,73 eV ou 746 kJ/mol).

A segunda energia de ionização para o cobre é:

Cu⁺_(g) → Cu²⁺_(g) +e^̵   (E.I₂ = 20,29 eV ou 1958 kJ/mol).

Nota-se que para a retirada de um elétron do cátion, a quantidade de energia fornecida é muito maior. Este efeito ocorre uma vez que em um cátion a distância do elétron ao núcleo é menor, por consequência a carga nuclear é maior, o que vai exigir que se forneça uma maior quantidade de energia para romper com a atração núcleo-elétron.

Vejamos outro exemplo, o Berílio (Be) de número atômico Z = 4:

Perceba que a remoção dos elétrons que estão mais próximos ao núcleo, o que pelo modelo de Bohr seriam os elétrons das camadas mais interna de energia, é necessária uma energia muito maior. Conforme o Be_(g) perde 2 elétrons a configuração se assemelha a do He_(g), isto é, com configuração de um gás nobre. Nota-se a quantidade de energia necessária para retirada do terceiro elétron no íon Be³⁺_(g),  a terceira energia de ionização, é muito alta. Deste modo, quanto maior for a quantidade de elétrons em um átomo, pode-se determinar várias energias de ionização.

Quanto as propriedade periódicas

Se a E.I depende do número atômico uma vez que está relacionada com a quantidade de elétrons num átomo bem como a repulsão entre eles, além do mais com o tamanho do raio atômico que sugere o efeito de atração exercida como carga nuclear (distância do elétron ao núcleo), define-se que:

– E um grupo na tabela periódica, a energia de ionização aumenta conforme o número atômico (Z) diminui, aumentando de baixo para cima. À medida que o raio atômico diminui, e isto acontece de baixo para cima em um  grupo na tabela periódica, os elétrons mais internos ficam mais próximos do núcleo, consecutivamente há maior força de atração entre elétron-núcleo, portanto, se faz necessário fornecer maior E.I para retirar um elétron de um átomo de menor raio atômico.

–  Em um período na tabela periódica, a energia de ionização aumenta conforme o número atômico (Z) aumenta da esquerda para a direita. Com o aumento de Z há o aumento da cargar nuclear, pois conforme o Z cresce em um período o raio atômico diminui.

De modo geral, para os elementos representativos  dos grupos IA, IIA, IIIA, IVA, VA, VIA, VIIA, VIIIA, que hoje denominamos grupos 1, 2, 13, 14, 15, 16, 17, 18, podemos resumir:

Energia de Ionização, propriedade periódica.

Assim, podemos resumir:

– Geralmente, a maioria dos metais possuem baixa E.I. O que significa que não requerem uma quantidade muito grande de energia para remover 1 elétron dos átomos que constituem o metal.

– Geralmente, os não-metais possuem alta E.I. O que significa que requerem uma quantidade de energia maior de energia para remover 1 elétrons dos átomos que constituem os não-metais.

Bons Estudos!

David Pancieri Peripato