Potencial de ionización

La energía de ionización (E_i) es la energía necesaria para separar un electrón en su estado fundamental de un átomo de un elemento en estado gaseoso.

Siendo ${displaystyle { m {A(g)}}}$ los átomos en estado gaseoso de un determinado elemento químico; ${displaystyle E_{ m {i}}}$, la energía de ionización y ${displaystyle { m {e^{-}}}}$ un electrón.

Esta energía corresponde a la primera ionización. La segunda energía de ionización representa la energía precisa para sustraer el segundo electrón; esta segunda energía de ionización es siempre mayor que la primera, pues el volumen de un ion positivo es menor que el del átomo y la fuerza electrostática atractiva que soporta este segundo electrón es mayor en el ion positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear.

La energía de ionización se expresa en electronvoltios, julios o en kilojulios por mol (kJ/mol).

En los elementos de una misma familia o grupo, la energía de ionización disminuye a medida que aumenta el número atómico, es decir, de arriba abajo.

Sin embargo, el aumento no es continuo, pues en el caso del berilio se obtienen valores más altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros elementos del mismo periodo. Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las configuraciones s² y s²p³, respectivamente.

La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía para arrancar los electrones.

El potencial de ionización (P_I) es la energía mínima requerida para separar un electrón de un átomo o molécula específica a una distancia tal que no exista interacción electrostática entre el ion y el electrón.^[1]​Inicialmente se definía como el potencial mínimo necesario para que un electrón saliese de un átomo que queda ionizado. El potencial de ionización se medía en voltios. En la actualidad, sin embargo, se mide en electronvoltios (aunque no es una unidad del SI) aunque es aceptada en julios por mol. El sinónimo de energía de ionización (E_I) se utiliza con frecuencia. La energía para separar el electrón unido más débilmente al átomo es el primer potencial de ionización; sin embargo, hay alguna ambigüedad en la terminología. Así, en química, el segundo potencial de ionización del litio es la energía del proceso.

En física, el segundo potencial de ionización es la energía requerida para separar un electrón del nivel siguiente al nivel de energía más alto del átomo neutro o molécula, p.

Se puede estudiar como pi=q/r, siendo "q" la carga del elemento.

La forma más directa es mediante la aplicación de la espectroscopia atómica. A base del espectro de radiación de luz, que desprende básicamente colores en el rango de la luz visible, se pueden determinar los niveles de energía necesarios para desprender cada electrón de su órbita.

Lo más destacado de las propiedades periódicas de los elementos se observa en el incremento de las energías de ionización cuando recorremos la tabla periódica de izquierda a derecha, lo que se traduce en un incremento asociado de la electronegatividad, contracción del tamaño atómico y aumento del número de electrones de la capa de valencia. La causa de esto es que la carga nuclear efectiva se incrementa a lo largo de un periodo, generando, cada vez, más altas energías de ionización. Existen discontinuidades en esta variación gradual tanto en las tendencias horizontales como en las verticales, que se pueden razonar en función de las especificidades de las configuraciones electrónicas.
Vamos a destacar algunos aspectos relacionados con la primera energía de ionización que se infieren por el bloque y puesto del elemento en la tabla periódica:

En general, las energías de ionización descienden a lo largo de las columnas de la tabla periódica y crecen de izquierda a derecha a lo largo de un período de la tabla. La energía de ionización muestra una fuerte anti-correlación con el radio atómico. La siguiente tabla muestra los valores de la primera energía de ionización de los elementos^[2]​ expresada en eV:

Cuanto más nos desplacemos hacia la derecha y hacia arriba en la tabla periódica, mayor es la energía de ionización.