Energia ionizării: potențial, metode de determinare a acesteia

Energia de ionizare se referă la cantitatea minimă de energie, exprimată în mod uzual în unități de kilojouli pe mol (kJ / mol), care este necesară pentru a produce detașarea unui electron localizat într-un atom în fază gazoasă care este în stare fundamentală.

Starea gazoasă se referă la starea în care este lipsită de influența pe care o pot exercita alte atomi asupra lor, la fel cum orice interacțiune intermoleculară este aruncată. Amploarea energiei ionizării este un parametru pentru a descrie forța cu care un electron este legat de atomul din care face parte.

Cu alte cuvinte, cu cât este mai mare cantitatea de energie de ionizare necesară, cu atât va fi mai complicată detașarea electronului în cauză.

Potențial de ionizare

Potențialul de ionizare al unui atom sau moleculă este definit ca fiind cantitatea minimă de energie care trebuie aplicată pentru a determina detașarea unui electron de la stratul exterior al atomului în starea sa de bază și cu o sarcină neutră; adică energia de ionizare.

Trebuie remarcat faptul că atunci când vorbim despre potențialul de ionizare, se folosește un termen care a căzut în uz. Acest lucru se datorează faptului că, anterior, determinarea acestei proprietăți sa bazat pe utilizarea unui potențial electrostatic la proba de interes.

Prin utilizarea acestui potențial electrostatic au apărut două lucruri: ionizarea speciilor chimice și accelerarea procesului de detașare a electronului pe care a fost dorit să îl îndepărteze.

Deci, atunci când începe să utilizeze tehnici spectroscopice pentru determinarea sa, termenul "potențial de ionizare" a fost înlocuit cu "energie de ionizare".

De asemenea, se știe că proprietățile chimice ale atomilor sunt determinate de configurația electronilor prezenți la cel mai extern nivel de energie din acești atomi. Apoi, energia de ionizare a acestor specii este direct legată de stabilitatea electronilor lor de valență.

Metode de determinare a energiei ionizante

Așa cum am menționat anterior, metodele de determinare a energiei de ionizare sunt date în principal de procesele de fotosemizare care se bazează pe determinarea energiei emise de electroni ca o consecință a aplicării efectului fotoelectric.

Deși se poate spune că spectroscopia atomică este cea mai imediată metodă pentru determinarea energiei de ionizare a unei probe, avem și spectroscopie fotoelectronică, în care se măsoară energiile cu care electronii sunt legați de atomi.

În acest sens, spectroscopia fotoelectronică ultravioletă (cunoscută și ca UPS pentru acronimul său în limba engleză) este o tehnică care folosește excitația atomilor sau a moleculelor prin aplicarea radiațiilor ultraviolete.

Aceasta se face pentru a analiza tranzițiile energetice ale celor mai mulți electroni externi din speciile chimice studiate și caracteristicile legăturilor pe care le formează.

Spectroscopia fotoelectronică cu raze X și radiațiile ultraviolete extreme sunt, de asemenea, cunoscute, care utilizează același principiu descris mai sus, cu diferențe în tipul de radiație care este afectat pe eșantion, viteza cu care electronii sunt expulzați și rezoluția obținut.

Prima energie de ionizare

În cazul atomilor care au mai mult de un electron la nivelul lor exterior - adică așa-numitele atomi polielectronici - valoarea energiei necesare pentru a începe primul electron al atomului care este în starea sa de bază este dat de după următoarea ecuație:

Energie + A (g) → A + (g) + e-

"A" simbolizează un atom al oricărui element, iar electronul detașat este reprezentat ca "e-". Aceasta are ca rezultat prima energie de ionizare, denumită "I1".

După cum se poate observa, se realizează o reacție endotermică, deoarece atomul este alimentat cu energie pentru a obține un electron adăugat la cationul acelui element.

De asemenea, valoarea primei energii de ionizare a elementelor prezente în aceeași perioadă crește proporțional cu creșterea numărului lor atomic.

Aceasta înseamnă că scade din dreapta în stânga într-o perioadă și din sus în jos în același grup al tabelului periodic.

În acest sens, gazele nobile au magnitudine mari în energiile lor de ionizare, în timp ce elementele aparținând metalelor alcaline și alcalino-pământoase au valori scăzute ale acestei energii.

A doua energie de ionizare

În același mod, atunci când începe un al doilea electron de la același atom, se obține a doua energie de ionizare, simbolizată ca " _I2 ".

Energia + A + (g) → A2 + (g) + e-

Aceeași schemă este urmată de celelalte energii de ionizare atunci când se pornesc următorii electroni, știind că, după detașarea electronului de la un atom în starea lui de bază, efectul respingător dintre electronii rămași scade.

Deoarece proprietatea numită "încărcătura nucleară" rămâne constantă, este necesară o cantitate mai mare de energie pentru a porni un alt electron al speciei ionice care are sarcina pozitivă. Astfel energiile de ionizare cresc, după cum se vede mai jos:

I ₁ <I ₂ <I ₃ <... <I _n

În cele din urmă, pe lângă efectul încărcăturii nucleare, energiile de ionizare sunt afectate de configurația electronică (numărul de electroni din cochilia de valență, tipul de orbital ocupat etc.) și încărcarea nucleară efectivă a electronului care urmează să fie detașată.

Datorită acestui fenomen, majoritatea moleculelor de natură organică au valori ridicate ale energiei de ionizare.