L'energia di ionizzazione è un concetto importante sia in chimica che in fisica, ma è difficile da capire. Il significato tocca alcuni dettagli della struttura degli atomi e in particolare quanto fortemente gli elettroni siano 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.
TL; DR (troppo lungo; non ho letto)
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 successivo 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 lungo la tavola periodica da sinistra a destra o dal basso verso l'alto. Tuttavia, le energie specifiche possono differire, quindi dovresti cercare l'energia di ionizzazione per qualsiasi elemento specifico.
Che cos'è l'energia di ionizzazione?
Gli elettroni occupano "orbitali" specifici attorno al nucleo centrale in qualsiasi atomo. Puoi pensare a queste come orbite in un modo simile a come i pianeti orbitano attorno al sole. In un atomo, gli elettroni con carica negativa sono attratti dai protoni con carica positiva. 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 richiesta per rimuovere il successivo elettrone debolmente attratto è la seconda energia di ionizzazione e così via.
Le energie di ionizzazione sono misurate in kJ/mol (kilojoule per mole) o eV (elettronvolt), con il primo preferito in chimica, e il secondo preferito quando si tratta 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 necessaria per superare l'attrazione aumenta. L'altro fattore è se il guscio con gli elettroni più esterni è completamente occupato da elettroni. Un guscio completo, ad esempio il guscio che contiene entrambi gli elettroni nell'elio, è più difficile da rimuovere dagli elettroni rispetto a un guscio parzialmente pieno perché il layout è più stabile. Se c'è un guscio completo con un elettrone in un guscio esterno, gli elettroni nel guscio completo "schermano" l'elettrone nel guscio guscio esterno da parte della forza attrattiva del nucleo, e quindi l'elettrone nel guscio esterno richiede meno energia per rimuovere.
Energia di ionizzazione e tavola periodica
La tavola periodica dispone gli elementi aumentando il numero atomico e la sua struttura ha uno stretto legame con i gusci e gli orbitali occupati dagli 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 a quella superiore della tabella, perché il gli elementi sulle righe inferiori hanno più elettroni che schermano gli elettroni esterni dalla carica centrale nella nucleo. Tuttavia, ci sono alcune deviazioni da questa regola, quindi il modo migliore per trovare l'energia di ionizzazione di un atomo è cercarla in una tabella.
I prodotti finali della ionizzazione: gli ioni
Uno ione è un atomo che ha una carica netta perché è stato rotto l'equilibrio tra il numero di protoni ed elettroni. Quando un elemento viene ionizzato, il numero di elettroni diminuisce, quindi rimane con un eccesso di protoni e una carica netta positiva. Gli ioni caricati positivamente sono chiamati cationi. Il sale da cucina (cloruro di sodio) è un composto ionico che include la versione cationica dell'atomo di sodio, a cui è stato rimosso un elettrone mediante un processo che impartisce l'energia di ionizzazione. Sebbene non siano creati dallo stesso tipo di ionizzazione perché acquisiscono un elettrone in più, gli ioni caricati negativamente sono chiamati anioni.