L'energia di ionizzazione è un concetto importante sia in chimica che in fisica, ma è difficile da comprendere. Il significato tocca alcuni dettagli della struttura degli atomi e in particolare quanto fortemente gli elettroni sono legati al nucleo centrale in diversi elementi. In breve, l'energia di ionizzazione misura quanta energia è necessaria per rimuovere un elettrone dall'atomo e trasformarlo in uno ione, che è un atomo con una carica netta.

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L'energia di ionizzazione misura la quantità di energia necessaria per rimuovere un elettrone dalla sua orbita attorno a un atomo. L'energia necessaria per rimuovere l'elettrone più debolmente legato è la prima energia di ionizzazione. L'energia necessaria per rimuovere il prossimo elettrone più debolmente legato è la seconda energia di ionizzazione e così via.

In generale, l'energia di ionizzazione aumenta man mano che ci si sposta attraverso la tavola periodica da sinistra a destra o dal basso verso l'alto. Tuttavia, le energie specifiche possono essere diverse, quindi dovresti cercare l'energia di ionizzazione per qualsiasi elemento specifico.

Cos'è l'energia di ionizzazione?

Gli elettroni occupano specifici "orbitali" attorno al nucleo centrale di qualsiasi atomo . Puoi pensare a queste come orbite in modo simile a come i pianeti orbitano intorno al sole. In un atomo, gli elettroni caricati negativamente sono attratti dai protoni caricati positivamente. Questa attrazione tiene insieme l'atomo.

Qualcosa deve superare l'energia di attrazione per rimuovere un elettrone dal suo orbitale. L'energia di ionizzazione è il termine per la quantità di energia necessaria per rimuovere completamente l'elettrone dall'atomo e la sua attrazione per i protoni nel nucleo. Tecnicamente, ci sono molte diverse energie di ionizzazione per elementi più pesanti dell'idrogeno. L'energia necessaria per rimuovere l'elettrone più debolmente attratto è la prima energia di ionizzazione. L'energia necessaria per rimuovere il prossimo elettrone più debolmente attratto è la seconda energia di ionizzazione e così via.

Le energie di ionizzazione sono o misurate in kJ /mol (kilojoule per mole) o eV (elettron-volt), con il prima preferita in chimica, e quest'ultima preferiva quando si trattava di singoli atomi in fisica.

Fattori che influenzano l'energia di ionizzazione

L'energia di ionizzazione dipende da un paio di fattori diversi. In generale, quando ci sono più protoni nel nucleo, l'energia di ionizzazione aumenta. Questo ha senso perché con più protoni che attraggono gli elettroni, l'energia richiesta per superare l'attrazione diventa più grande. L'altro fattore è se il guscio con gli elettroni più esterni è completamente occupato con gli elettroni. Un guscio completo - ad esempio, il guscio che contiene entrambi gli elettroni in elio - è più difficile da rimuovere gli elettroni di un guscio parzialmente pieno perché il layout è più stabile. Se c'è un guscio pieno con un elettrone in un guscio esterno, gli elettroni nel guscio pieno "schermano" l'elettrone nel guscio esterno da parte di alcune delle forze attrattive dal nucleo, e così l'elettrone nel guscio esterno prende meno energia rimuovere.

Energia di ionizzazione e tavola periodica

La tavola periodica organizza gli elementi aumentando il numero atomico e la sua struttura ha uno stretto legame con le conchiglie e gli orbitali occupano gli elettroni. Ciò fornisce un modo semplice per prevedere quali elementi hanno energie di ionizzazione più elevate rispetto ad altri elementi. In generale, l'energia di ionizzazione aumenta man mano che ci si sposta da sinistra a destra attraverso la tavola periodica perché aumenta il numero di protoni nel nucleo. L'energia di ionizzazione aumenta anche quando ci si sposta dalla riga inferiore alla riga superiore del tavolo, perché gli elementi sulle file inferiori hanno più elettroni che schermano gli elettroni esterni dalla carica centrale nel nucleo. Ci sono alcune deroghe a questa regola, quindi, il modo migliore per trovare l'energia di ionizzazione di un atomo è cercarlo su un tavolo.

I prodotti finali di ionizzazione: Ioni

Un ione è un atomo che ha una carica netta perché l'equilibrio tra il numero di protoni e gli elettroni è stato rotto. Quando un elemento è ionizzato, il numero di elettroni diminuisce, quindi rimane un eccesso di protoni e una carica positiva netta. Gli ioni caricati positivamente sono chiamati cationi. Il sale da tavola (cloruro di sodio) è un composto ionico che include la versione cationica dell'atomo di sodio, che ha avuto un elettrone rimosso da un processo che impartisce l'energia di ionizzazione. Sebbene non siano creati dallo stesso tipo di ionizzazione perché ottengono un elettrone in più, gli ioni caricati negativamente sono chiamati anioni.