Cálculo de la energía de ionización
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Las tendencias periódicas son patrones específicos presentes en la tabla periódica que ilustran diferentes aspectos de un determinado elemento, incluyendo su tamaño y sus propiedades electrónicas. Las principales tendencias periódicas son: electronegatividad, energía de ionización, afinidad electrónica, radio atómico, punto de fusión y carácter metálico. Las tendencias periódicas, derivadas de la disposición de la tabla periódica, proporcionan a los químicos una herramienta inestimable para predecir rápidamente las propiedades de un elemento. Estas tendencias existen debido a la estructura atómica similar de los elementos dentro de sus respectivas familias de grupos o períodos, y a la naturaleza periódica de los elementos.
La electronegatividad puede entenderse como una propiedad química que describe la capacidad de un átomo para atraer y enlazar electrones. Dado que la electronegatividad es una propiedad cualitativa, no existe un método estandarizado para calcularla. Sin embargo, la escala más común para cuantificar la electronegatividad es la escala de Pauling (Tabla A2), que lleva el nombre del químico Linus Pauling. Los números asignados por la escala de Pauling no tienen dimensiones debido a la naturaleza cualitativa de la electronegatividad. Los valores de electronegatividad de cada elemento pueden encontrarse en algunas tablas periódicas. A continuación se ofrece un ejemplo.
Definición de energía de ionización
La cantidad de energía necesaria para eliminar el electrón más suelto de un átomo gaseoso en su estado básico se llama su primera energía de ionización (IE1). La primera energía de ionización para un elemento, X, es la energía necesaria para formar un catión con carga +1:
La energía necesaria para eliminar el tercer electrón es la tercera energía de ionización, y así sucesivamente. Siempre se necesita energía para eliminar los electrones de los átomos o iones, por lo que los procesos de ionización son endotérmicos y los valores de IE son siempre positivos. En el caso de los átomos más grandes, el electrón más suelto se encuentra más lejos del núcleo y, por tanto, es más fácil de eliminar. Así, a medida que aumenta el tamaño (radio atómico), la energía de ionización debería disminuir. Relacionando esta lógica con lo que acabamos de aprender sobre los radios, esperaríamos que las primeras energías de ionización disminuyeran a lo largo de un grupo y aumentaran a lo largo de un periodo.
La figura \ (\PageIndex{1}) representa la relación entre la primera energía de ionización y el número atómico de varios elementos. Dentro de un período, los valores de la primera energía de ionización de los elementos (IE1) generalmente aumentan con el aumento de Z. A lo largo de un grupo, el valor de IE1 generalmente disminuye con el aumento de Z. Sin embargo, hay algunas desviaciones sistemáticas de esta tendencia. Obsérvese que la energía de ionización del boro (número atómico 5) es menor que la del berilio (número atómico 4) a pesar de que la carga nuclear del boro es mayor en un protón. Esto puede explicarse porque la energía de las subcáscaras aumenta a medida que aumenta l, debido a la penetración y al apantallamiento (como se ha comentado anteriormente en este capítulo). Dentro de cualquier cáscara, los electrones s son más bajos en energía que los electrones p. Esto significa que un electrón s es más difícil de eliminar de un átomo que un electrón p en la misma capa. El electrón eliminado durante la ionización del berilio ([He]2s2) es un electrón s, mientras que el electrón eliminado durante la ionización del boro ([He]2s22p1) es un electrón p; esto resulta en una primera energía de ionización más baja para el boro, aunque su carga nuclear es mayor en un protón. Así, vemos una pequeña desviación de la tendencia predicha que se produce cada vez que se inicia una nueva subcélula.
Energía de ionización del He
¿Qué es la energía de ionización? La energía de ionización es la cantidad mínima de energía necesaria para eliminar el electrón más externo, o más débilmente ligado, en la nube de electrones de un átomo de un determinado elemento. Los electrones más externos de un átomo son los electrones de valencia. Como los electrones de valencia son los más alejados del núcleo del átomo, son los que menos se ven influidos por el núcleo del átomo, que tiene carga positiva. Por lo tanto, los electrones de valencia serían los primeros en ser despojados por los núcleos de otro átomo que tiene una mayor influencia de carga positiva sobre los electrones. Además, se puede eliminar más de un electrón de un átomo; a medida que se eliminan los electrones se hace cada vez más difícil y se requiere más energía para eliminar los electrones. La energía de ionización se mide en kilojulios por mol. La fórmula de la energía de ionización es la siguiente {eq}X(g) + energía –> X^+(g) + e^- {/eq} En la fórmula anterior, “X” representa el átomo o la molécula, “X+” es el resultado o el ion cargado positivamente (después de ser despojado de un electrón), y “e-” es el electrón eliminado. Sin embargo, a medida que un ión se carga más positivamente, tiene un agarre más fuerte de sus electrones restantes. Por lo tanto, la fórmula se ajusta a medida que los electrones se eliminan continuamente. Energía de ionización para eliminar el primer electrón: {eq}X –> X^+ + e^- {/eq} Energía de ionización para eliminar el 2º electrón: {eq}X^+ –> X2^ + e^- {/eq} Energía de ionización para eliminar el tercer electrón: {eq}X2^+ –> X3^+ + e^- {/eq}
Primera energía de ionización
La energía de ionización suele aumentar a lo largo de un periodo. Esto se debe a que la carga nuclear aumenta. La energía de ionización también disminuye a lo largo de un grupo. Esto se debe a que el radio atómico aumenta y los electrones exteriores están protegidos del núcleo por las envolturas electrónicas interiores.
Las energías de ionización sucesivas aumentan a medida que se eliminan más y más electrones de una especie. Esto se debe a que se están eliminando electrones negativos de un ion cada vez más cargado positivamente, lo que requiere más energía.
La energía de ionización es la energía necesaria para eliminar un mol de electrones de un mol de átomos gaseosos en condiciones estándar. Se necesita energía para eliminar los electrones porque son fuertemente atraídos por el núcleo positivo del átomo, por lo que los valores de la energía de ionización son positivos. Los factores que afectan a la energía de ionización son la carga nuclear, el radio atómico y el blindaje de las capas internas de electrones.
La energía de ionización se determina disparando electrones a una muestra gaseosa. Cuando los electrones tienen suficiente energía, pueden arrancar el electrón menos unido de cada uno de los átomos de la muestra. Esto genera una corriente que es proporcional a la energía necesaria para ionizar los átomos: su energía de ionización.
