ENERGIA DI IONIZZAZIONE: POTENZIALE, METODI DI DETERMINAZIONE - FISICO - 2024

L' energia di ionizzazione si riferisce alla quantità minima di energia, solitamente espressa in unità di kilojoule per mole (kJ / mol), che è necessaria per produrre il rilascio di un elettrone situato in un atomo nella fase gassosa che si trova nel suo stato fondamentale.

Lo stato gassoso si riferisce allo stato in cui è libero dall'influenza che altri atomi possono esercitare su se stessi, nonché da qualsiasi interazione intermolecolare. L'entità dell'energia di ionizzazione è un parametro per descrivere la forza con cui un elettrone si lega all'atomo di cui fa parte.

Prima energia di ionizzazione

In altre parole, maggiore è la quantità di energia di ionizzazione richiesta, più difficile sarà staccare l'elettrone in questione.

Potenziale di ionizzazione

Il potenziale di ionizzazione di un atomo o di una molecola è definito come la quantità minima di energia che deve essere applicata per provocare il distacco di un elettrone dal guscio più esterno dell'atomo nel suo stato fondamentale e con carica neutra; cioè l'energia di ionizzazione.

Va notato che quando si parla di potenziale di ionizzazione, si usa un termine che è caduto in disuso. Questo perché in precedenza la determinazione di questa proprietà era basata sull'uso di un potenziale elettrostatico al campione di interesse.

Attraverso l'uso di questo potenziale elettrostatico sono accadute due cose: la ionizzazione della specie chimica e l'accelerazione del processo di spargimento dell'elettrone che si desiderava rimuovere.

Quindi, quando si inizia a utilizzare tecniche spettroscopiche per la sua determinazione, il termine "potenziale di ionizzazione" è stato sostituito da "energia di ionizzazione".

Allo stesso modo, è noto che le proprietà chimiche degli atomi sono determinate dalla configurazione degli elettroni presenti nel livello di energia più esterno di questi atomi. Quindi, l'energia di ionizzazione di queste specie è direttamente correlata alla stabilità dei loro elettroni di valenza.

Metodi per determinare l'energia di ionizzazione

Come accennato in precedenza, i metodi per la determinazione dell'energia di ionizzazione sono dati principalmente da processi di fotoemissione, che si basano sulla determinazione dell'energia emessa dagli elettroni in conseguenza dell'applicazione dell'effetto fotoelettrico.

Sebbene si possa dire che la spettroscopia atomica è il metodo più immediato per determinare l'energia di ionizzazione di un campione, esiste anche la spettroscopia fotoelettronica, in cui vengono misurate le energie con cui gli elettroni sono legati agli atomi.

In questo senso, la spettroscopia fotoelettronica ultravioletta - nota anche come UPS per il suo acronimo in inglese - è una tecnica che utilizza l'eccitazione di atomi o molecole attraverso l'applicazione della radiazione ultravioletta.

Questo viene fatto per analizzare le transizioni energetiche degli elettroni più esterni nelle specie chimiche studiate e le caratteristiche dei legami che formano.

Sono note anche spettroscopia fotoelettronica a raggi X e radiazione ultravioletta estrema, che utilizzano lo stesso principio precedentemente descritto con differenze nel tipo di radiazione che colpisce il campione, nella velocità con cui gli elettroni vengono espulsi e nella risoluzione ottenuto.

Prima energia di ionizzazione

Nel caso di atomi che hanno più di un elettrone al loro livello più esterno, cioè i cosiddetti atomi polielettronici, il valore dell'energia necessaria per rimuovere il primo elettrone dall'atomo che si trova nel suo stato fondamentale è dato dal seguente equazione:

Energia + A (g) → A ⁺ (g) + e ^-

"A" simboleggia un atomo di qualsiasi elemento e l'elettrone distaccato è rappresentato come "e ^- ". Si ottiene così la prima energia di ionizzazione, denominata "I ₁ ".

Come si può vedere, è in corso una reazione endotermica, poiché l'energia viene fornita all'atomo per ottenere un elettrone aggiunto al catione di quell'elemento.

Allo stesso modo, il valore della prima energia di ionizzazione degli elementi presenti nello stesso periodo aumenta proporzionalmente all'aumento del loro numero atomico.

Ciò significa che diminuisce da destra a sinistra in un periodo e dall'alto verso il basso nello stesso gruppo della tavola periodica.

In questo senso, i gas nobili hanno grandi magnitudini nelle loro energie di ionizzazione, mentre gli elementi appartenenti ai metalli alcalini e alcalino terrosi hanno valori bassi di questa energia.

Seconda energia di ionizzazione

Allo stesso modo, rimuovendo un secondo elettrone dallo stesso atomo, si ottiene la seconda energia di ionizzazione, simboleggiata come "I ₂ ".

Energia + A ⁺ (g) → A ²⁺ (g) + e ^-

Lo stesso schema viene seguito per le altre energie di ionizzazione quando si attivano gli elettroni successivi, sapendo che, seguito dal distacco dell'elettrone da un atomo nel suo stato fondamentale, l'effetto repulsivo tra gli elettroni rimanenti diminuisce.

Poiché la proprietà chiamata "carica nucleare" rimane costante, è necessaria una maggiore quantità di energia per rimuovere un altro elettrone della specie ionica che ha la carica positiva. Quindi le energie di ionizzazione aumentano, come mostrato di seguito:

I ₁ <I ₂ <I ₃ <… <I _n

Infine, oltre all'effetto della carica nucleare, le energie di ionizzazione sono influenzate dalla configurazione elettronica (numero di elettroni nel guscio di valenza, tipo di orbitale occupato, ecc.) E dalla carica nucleare effettiva dell'elettrone da rilasciare.

A causa di questo fenomeno, la maggior parte delle molecole di natura organica hanno valori di energia di ionizzazione elevati.

Riferimenti

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