Ionização

Definição

Processo físico-químico de obtenção de partículas eletricamente carregadas denominadas de íons. Um átomo em seu estado fundamental, eletricamente neutro, o número de elétrons é igual ao número de prótons.

Exemplos:

Átomo de sódio (Na) no estado fundamental: possui 11 prótons e 11 elétrons;

Átomo de clore (Cl) no estado fundamental: possui 17 prótons e 17 elétrons;

Um átomo eletricamente carregado, o número de elétrons na eletrosfera é maior, ou menor, que a quantidade de prótons no núcleo. A essa variação da carga eletrônica no átomo, chamamos de ionização.

Exemplos:

Íon de Na: possui 11 prótons e 10 elétrons;

Íon de Cl: possui 17 prótons e 18 elétrons;

Para entender melhor como isso ocorre, temos que nos apoiar em outros conceitos muito importantes.

Energia de Ionização (E.I)

Por definição, temos: é a energia mínima necessária para retirar um elétron de maior energia de um átomo isolado em seu estado gasoso.

Os elementos com baixa E.I apresentam maior tendência em perder um elétron formando cátions, partículas positivamente carregadas e conduzem eletricidade, o que exige que em um sólido os elétrons estejam livres para se mover na estrutura.

Exemplo:

Para um átomo genérico:

X_(g) →  X⁺_(g) + 1e^–  (primeira E.I)

X⁺_(g) → X²⁺_(g)  + 1e^—  (segunda E.I)

X²⁺_(g) → X³⁺_(g)  + 1e^—  (terceira E.I)

Para o Na, temos:

(1) Na_(g) → Na⁺_(g) + 1e^–  E.I = 497,4 kJ.mol^-1

(2) Na⁺_(g) → Na²⁺_(g) + 1e^–E.I = 4560 kJ.mol^-1

A primeira energia de ionização é a quantidade necessária de energia para retirar o primeiro elétron, a segunda energia de ionização é a quantidade necessária de energia para retirar o segundo elétron que se encontra em um nível energético mais próximo ao núcleo, e assim por diante. Nota-se no nosso exemplo que a energia necessária para remover o segundo elétron do íon Na⁺ é maior que a requerida no primeiro caso. A medida que o raio iônico é menor, a energia de ionização necessária para retirar o elétron de camadas mais próximas do núcleo é maior.

Pelo gráfico podemos perceber que com o aumento do tamanho do átomo a energia de ionização é menor.

Afinidade Eletrônica

Por definição, temos: é a energia liberada quando um átomo no estado gasoso recebe um elétron. É a medida de atração que um átomo possui em atrair um elétron para si.

Elementos com alta E.I e alta afinidade eletrônica apresentam tendência a receber um elétron. Quando o número de elétrons aumenta, o íon resultante é carregado negativamente, formando uma partícula negativa chamada de ânion. Portanto, podemos resumir:

Eletronegatividade

Segundo Linus Pauling (1901 a 1994), “eletronegatividade é o poder de um átomo em uma molécula atrair elétrons para si”,em uma ligação química. Basicamente, o átomo mais eletronegativo tem o poder de atração maior em manter para si um par de elétrons na formação de uma ligação química.

Distribuição Eletrônica em Íons

O átomo de Fe em seu estado fundamental possui 26 prótons e 26 elétrons. Aplicando a distribuição eletrônica temos: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁶ 4s².

Para a formação do cátion de Fe³⁺ retira-se três elétrons das camadas mais externas, ou seja, 2 elétrons do subnível 4s e 1 elétron do subnível 3d. Logo: para o cátion Fe³⁺ a configuração eletrônica é: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d⁵, 26 prótons e 23 elétrons.

Para a formação do ânion O^2- que possui 8 prótons e 10 elétrons, a configuração do O no estado fundamental é: 1s²2s²2p⁴, 8 prótons e 8 elétrons. Para obter o ânion O^2-, adiciona-se 2 elétrons no subnível 2p. Desse modo: 1s²2s²2p⁶

As compreensões desses conceitos são fundamentais para entendermos as propriedades químicas dos elementos, quais os tipos de ligações entre os átomos, a formação de diferentes compostos e materiais e a atração e repulsão entre diferentes elementos da tabela periódica.

Exercícios Resolvidos

1) Para melhorar a tenacidade, a resistência à corrosão e também a resistência mecânica, costuma-se colocar vanádio como constituinte do aço. Dê a configuração eletrônica nos subníveis de energia do íon V²⁺ (Z = 23).

Resolução:

A configuração eletrônica do átomo de Vanádio no estado fundamental é:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³4s², 23 prótons, 23 elétrons.

O cátions V²⁺ cede três elétrons do subnível 4s^. Portanto:

1s²2s²2p⁶3s²3p⁶3d³, 23 prótons, 21 elétrons.

2) Qual das duas espécies possui maior energia de ionização, potássio (K) ou iodo (I)? Justifique.

Resolução:

O K é um metal da família 1A, tem baixa energia de ionização porque a tendência desse elemento é ceder elétrons a medida que um átomo de alta afinidade eletrônica requerer em uma reação, forma um cátion K⁺, o iodo encontra-se na família 7A, é mais eletronegativo, isso significa que esse elemento exerce maior força de atração para atrair o elétron da camada mais externa do K.

 Bons estudos!

David Pancieri Peripato