Por que a energia de ionização de um cátion é maior do que a de um átomo do mesmo elemento químico?

Energia de ionização (E.I.) é a energia necessária para arrancar um elétron de um átomo isolado e no estado gasoso nas condições padrão (número de prótons igual ao número de elétrons). A ionização é a transferência de elétrons do átomo. Por isso, é chamado de energia de ionização, pois é necessário energia para retirar o elétron de um átomo. Também pode ser chamada de potencial de ionização. Para que seja possível a separação de um elétron de um átomo, é necessário energia maior que a atração...

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O que é energia de ionização?

A energia de ionização (EI) é uma propriedade periódica que representa a energia mínima necessária para retirar um elétron de um átomo no seu estado fundamental, estando em estado gasoso e isolado. Desse modo, a espécie química perderá um elétron se receber a energia suficiente para que isso ocorra. 

Para visualizar melhor o processo, podemos utilizar um exemplo. Sendo assim, considere um átomo isolado, em estado gasoso e em seu estado fundamental. Quando esse átomo absorve energia, seus elétrons podem ser transferidos de um nível para o outro mais afastado do núcleo. Se a energia fornecida for alta o suficiente, é possível arrancar um elétron do átomo e assim, ele se transforma em um íon positivo. 

Na (g) + EI → Na+(g) + 1e–

Logo, o átomo neutro ganha energia tornando-se um cátion e liberando um elétron. 

Como saber a energia de ionização?

Uma das formas de avaliar a energia de ionização dos elementos é por meio da tabela periódica. Como o potencial de ionização é uma propriedade periódica, sua magnitude varia com o número atômico dos elementos.

Sendo assim:

• Em uma família (grupo): aumenta à medida que o número atômico diminui, ou seja, aumenta de baixo para cima. O que acontece é que de baixo para cima, há a diminuição das camadas ocupadas por elétrons (diminui o raio atômico). Desse modo, os elétrons externos estão mais atraídos pelo núcleo e consequentemente, há uma maior atração do núcleo sobre eles. Assim, é necessária uma maior energia para remover um elétron e por isso, aumenta a energia de ionização.
• Em um período: o aumento acontece à medida que o número atômico aumenta (da esquerda para a direita). Esse aumento se dá devido à diminuição do raio atômico, favorecendo uma maior atração exercida pelo núcleo sobre os elétrons externos acarretando no aumento de energia para a retirada de um elétron.

De modo geral, o potencial de ionização será maior quanto menor for o raio atômico.

Como calcular a primeira energia de ionização?

Antes de mais nada, é importante abordar o fato de que se pode retirar mais de um elétron do átomo. Após a retirada do primeiro elétron, basta fornecer mais energia para a consequente retirada de outros elétrons. 

Logo, a primeira energia de ionização é a energia necessária para retirar um elétron do átomo neutro, enquanto a segunda energia de ionização é a energia necessária para retirar outro elétron do cátion resultante da primeira ionização e assim sucessivamente. 

Podemos afirmar que, um elemento que apresenta um determinado número atômico Z possui Z potenciais de ionização, pois o átomo pode perder mediante fornecimento de energia, os Z elétrons. 

Mg (g) + 1aEI → Mg+ (g) + 1 e–

Mg+ (g) + 2aEI → Mg2+ (g) + 1 e–

Mg2+ (g) + 3 aEI → Mg3+ (g) + 1 e–

No entanto, o cálculo das energias necessárias é complexo e envolve avaliação da energia cinética do elétron, assim como os campos potenciais do átomo. Ou seja, utiliza-se fórmulas complexas para prever a energia aproximada. Por isso, existem valores já tabelados.

A energia de ionização e o raio atômico

Analisando os valores da tabela, observamos que: a segunda energia de ionização é maior que a primeira, a terceira energia de ionização é maior que a segunda e por aí vai. 

1.ª E.I < 2.ª E.I < 3.ª E.I …

A explicação para isso é que quanto maior for a carga do íon positivo, o mesmo número de prótons do átomo neutro estará atraindo uma menor quantidade de elétrons. Sendo assim, o tamanho da eletrosfera será menor, proporcionando a redução do raio atômico e como resultado, a energia de ionização será maior, uma vez que, aumenta-se a energia necessária para a retirada dos elétrons. 

Curiosidades sobre a energia de ionização 

Há algumas informações adicionais interessantes sobre essa propriedade periódica.

• Os metais, em geral, apresentam baixas energias de ionização, enquanto os não metais apresentam valores altos;
• O processo de fornecimento de energia para a retirada de um elétron de um átomo neutro é um processo endotérmico, uma vez que, a energia precisa superar a força de atração da carga nuclear. Por isso, é apresentada com sinal positivo (+).

Porque a energia de ionização de um cátion é maior do que o mesmo elemento químico neutro?

Qual a energia de ionização é maior?

Por que a energia de ionização forma cátions?

Por que normalmente a segunda energia de ionização de qualquer átomo é maior do que a primeira?