1.2: Propiedades Fundamentales - Energía de Ionización

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Andrew R. Barron
Rice University via CNX

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La energía de ionización (IE), o más propiamente la entalpía de ionización, se define como la energía requerida para perder un electrón de un átomo o ion gaseoso.

\[M^{n+}_{(g)} \rightarrow M^{(n+1)+}_{(g)} + e^-\]

Cada energía de ionización posterior es mayor que la anterior debido al incremento en la carga sobre el ion. Por ejemplo, para cualquier átomo o ion dado la 1ra energía de ionización es menor que la 2da energía de ionización, y así sucesivamente. Esto se muestra en la Tabla\(\PageIndex{1}\) .1.

Cuadro\(\PageIndex{1}\) .1: Las tres primeras energías de ionización para el aluminio.
Ionización	Energía de ionización (kJ/mol)
\[Al^0 \rightarrow Al^+ + e^-\]	548
\[Al^+ \rightarrow Al^{2+} + e^-\]	1823
\[Al^{2+} \rightarrow Al^{3+} + e^-\]	2751

¿Cómo varía la energía de ionización con los elementos de la tabla periódica? Si consideramos el primer potencial ^de ionización de los elementos en un grupo particular de la tabla periódica observamos que hay una disminución en el potencial de ionización a medida que desciende por el Grupo. La razón de esta tendencia se debe al aumento del blindaje de los electrones de la capa externa (ns ¹) por las conchas internas completadas (llenas). El electrón ns ¹ exhibe así una menor carga nuclear efectiva y hace que sea más fácil de eliminar. Por ejemplo, el Cuadro\(\PageIndex{1}\) .2 muestra el primer ^potencial de ionización para los metales alcalinos del Grupo 1.

Cuadro\(\PageIndex{1}\) .2: Variación del primer potencial de ionización (M0 → M+) para los elementos del Grupo 1 (IA).
Element	Energía de ionización (kJ/mol)
Li	526
Na	502
K	425
Rb	409
Cs	382

En contraste, para los Grupos individuales, el movimiento a través de un Período determinado da como resultado un aumento general en el potencial de ionización como se muestra en la Figura\(\PageIndex{1}\) .1. La falta de cribado adicional de las conchas llenas a lo largo del Período significa que la energía de ionización para los electrones de la capa externa está dominada por el aumento de la carga nuclear (número de protones) con un mayor número atómico.

Figura <span translate= — Figura\(\PageIndex{1}\): Gráfica del primer potencial de ionización para los elementos Li a Ne.

De la Figura\(\PageIndex{1}\) .1 se puede observar que la tendencia Periódica no es lineal, hay pasos significativos en la parcela. El boro, por ejemplo, tiene un potencial de primera ionización menor que el berilio, ¿por qué? Una consideración de la configuración electrónica para los elementos proporciona en respuesta (Figura\(\PageIndex{1}\) .2). El berilio tiene una configuración de cáscara externa 2s ², mientras que el boro tiene una configuración 2s ² 2p ¹. El electrón 2p ¹ es fácil de eliminar porque exhibe un mayor blindaje del núcleo debido a la órbita 2s llena.

A medida que pasamos de, boro a nitrógeno, la cubierta 2p se llena (Figura\(\PageIndex{1}\) .2) sin blindaje adicional y domina el efecto del aumento de la carga nuclear. Finalmente, la configuración 2p ⁴ para oxígeno (Figura\(\PageIndex{1}\) .2) da como resultado un par de electrones, que se repelen entre sí, facilitando así la eliminación de un electrón (menor potencial de ionización) que se esperaba del aumento de la carga nuclear. De la Figura\(\PageIndex{1}\) podemos ver que el efecto del apareamiento electrónico es menor que el de una concha llena.

La tendencia para el ^segundo potencial de ionización es similar, pero diferente, a la del primer ^potencial de ionización. Como se puede observar en la Figura\(\PageIndex{1}\) .3 los pasos observados para la primera gráfica ^de energía de ionización (es decir, entre Be/B y N/O han movido un elemento a la derecha. ^{Una vista de la conguración de electrones para los iones E ⁺ (Figura\(\PageIndex{1}\) .4) muestra que lo racional para la tendencia en las tendencias del potencial de ionización 1st todavía se aplica pero al ion del elemento a la derecha en la tabla Periódica.} Ahora B+ tiene una conguración de carcasa exterior 2s ², mientras que C ⁺ tiene una configuración 2s ² 2p ¹. Una parcela similar para la ^tercera energía de ionización movería los escalones otro elemento a la derecha.

La otra observación a realizar a partir de la Figura\(\PageIndex{1}\) .3 es el potencial de ionización muy grande de 2 ^nd para el litio asociado con la ionización de Li ⁺ a Li ² ⁺. El gran aumento se debe a la eliminación de un electrón de la cáscara llena de 1s ².