Potencial de ionização

Em química, Potencial de ionização ou Energia de ionização é a energia mínima necessária para remover um elétron de um átomo na fase gasosa. O processo pode ser descrito da seguinte forma:

${\displaystyle \ \mathrm {X(g)} +E_{\rm {i}}\to \mathrm {X^{+}(g)\ +e^{-}} }$.

onde ${\displaystyle \ \mathrm {X(g)} }$ é o elemento no estado gasoso, ${\displaystyle E_{\rm {i}}}$ é a energia de ionização fornecida, ${\displaystyle {X^{+}(g)}}$ é o íon positivo e ${\displaystyle {e^{-}}}$ é o elétron removido.^[1]

Para que haja essa separação de um elétron do átomo, deve-se fornecer energia suficiente para exceder a atração da carga nuclear. Como a energia deve ser fornecida (em um processo endotérmico), o sinal da energia de ionização é sempre positivo.^[2]

Ordem do potencial de ionização

Segundo Mahan, Bruce M.; et. al. " … as primeiras energias de ionização I₁ … são iguais às energias mínimas necessárias para provocar a seguinte transformação:

${\displaystyle M(g)\to M^{+}(g)+e^{-}(g)}$ ".

A primeira energia de ionização corresponde portanto à mínima energia necessária para se transformar o átomo M de um dado elemento químico no estado gasoso em seu correspondente cátion monovalente, ficando o elétron removido a uma distância tal do cátion que o torne completamente livre da atração eletrostática deste cátion, ou em termos mais específicos, com energia mecânica total nula.

Em verdade podem ser retirados um ou mais elétron de um átomo, o que origina uma sequência de energias de ionização. A definição da segunda energia de ionização nos leva à energia mínima necessária para transformar um cátion monovalente do elemento M em seu correspondente cátion divalente:

${\displaystyle M^{+}(g)\to M^{++}(g)+e^{-}(g)}$

e para as demais energias de ionização deve-se seguir o mesmo algoritmo.

A unidade de medida para a energia de ionização pode ser expresso em eletrón-volt (eV), mas a unidade usada no SI é o kJ/mol.^[3]

1º Potencial de ionização do Al (I₁):

Al_(g) (+ I₁) Al⁺_(g) + e^- ⇒ I₁ = 577,5 KJ/mol

2º Potencial de ionização do Al (I₂):

Al⁺_(g) (+ I₂) Al²⁺_(g) + e^- ⇒ I₂ = 1816,7 KJ/mol

3º Potencial de ionização do Al (I₃):

Al²⁺_(g) (+ I₃) Al³⁺_(g) + e^- ⇒ I₃ = 2744,8 KJ/mol

A cada novo elétron retirado do átomo (ou cátion) maior torna-se a energia de ionização subsequente. Isso ocorre devido o aumento da sua carga efetiva do cátion uma vez que a remoção de um elétron implica agor a ausência da blindagem nuclear antes promovida pelo mesmo, e de forma mais evidente percebe-se que é mais fácil retirar um elétron de um átomo neutro do que de um íon positivo já que quanto maior a distância entre o núcleo e o elétron menor é a força de atração (e menor é a energia potencial elétrica) entre eles.

Tendências periódicas

Numa tabela periódica as primeiras energias de ionização tendem a crescer nos:

• Períodos, da esquerda para a direita. Nesse sentido aumenta a carga nuclear (número atômico) dos átomos, portanto, aumenta a atração do núcleo sobre os elétrons;
• Grupos de baixo para cima. Nesse sentido diminui o tamanho do átomo, aumentando a atração nuclear sobre os elétrons.^[4]

As demais energias de ionização tendem a seguir o mesmo padrão e sofrem aumentos consideráveis quando a remoção do elétron seguinte implica remoção de um elétron de uma camada eletrônica até então completa, o que seria o caso para a quarta energia de ionização do alumínio no exemplo, I₄ = 11577,4 KJ/mol.

O correspondente à presente energia de ionização no que se refere à física do estado sólido é o que se chama função trabalho do material, sendo esta uma grandeza muito importante no estudo do efeito fotoelétrico e em técnicas como espectroscopia de fotoelétrons. Se o objetivo é a produção de corrente elétrica de forma contínua e seguramente mensurável a energia associada é a energia de limiar de fotoemissão, sendo esta última muitas vezes também chamada energia de ionização I do material.

Ver também

• Diferença de potencial de contato
• Propriedades periódicas

Referências

1. Design, Postado por Speak. «Energia de ionização». Consultado em 3 de fevereiro de 2021
2. «The Parts of the Periodic Table». www.angelo.edu. Consultado em 3 de fevereiro de 2021
3. «Energia de ionização. Energia de ionização na Tabela Periódica». Manual da Química. Consultado em 3 de fevereiro de 2021
4. «6.16: Periodic Trends- Ionization Energy». Chemistry LibreTexts (em inglês). 27 de junho de 2016. Consultado em 3 de fevereiro de 2021