Potencial de ionização

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Segundo Mahan, Bruce M.; et. al. 1 " … as primeiras energias de ionização I1 … são iguais às energias mínimas necessárias para provocar a seguinte transformação:

  •  M(g) --> 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:

  •  M^{+} (g) --> M^{++} (g) + e^{-} (g)

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

As energias de ionização podem ser medida em elétron-volts [eV] ou em (quilo)joules por mol [(K)J/mol], e tem-se abaixo um exemplo com base no alumínio onde a medida desta energia encontra-se expressa em quilojoules por mol (KJ/mol).

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.

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.

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.2 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.

Referências

  1. Para maiores informações sobre energias em átomos, a saber energia de ionização, afinidade eletrônica e outras, consulte: Mahan, Bruce M.; et. al - Química, Um Curso Universitário, Tradução da quarta edição americana - Cap. 10
  2. Para definições básicas sobre as energias envolvidas no estudo de matéria condensada em termos das suas estruturas de bandas consulte: Carvalho, Lauro Chieza de - Dissertação de Mestrado

Bibliografia[editar | editar código-fonte]

Energia de Ionização - Saiba mais - Definição e Tabela Períodica da Energia de Ionização do Átomo[2] .

Ver também[editar | editar código-fonte]

Espectroscopia de fotoelétrons excitados por raios X


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