Energía de Ionización

La cantidad de energía requerida para quitar el electrón más débilmente unido de un átomo gaseoso en su estado fundamental se llama primera energía de ionización (EI₁). La primera energía de ionización para un elemento, X, es la energía necesaria para formar un catión con una carga de 1+:

La energía requerida para remover el segundo electrón más suelto se llama segunda energía de ionización (EI₂).

La energía necesaria para remover el tercer electrón es la tercera energía de ionización, y así sucesivamente. La energía siempre es necesaria para remover electrones de átomos o iones, por lo que los procesos de ionización son endotérmicos y los valores de EI siempre son positivos. Para los átomos más grandes, el electrón más suelto se localiza más lejos del núcleo y por tanto es más fácil de remover. Así, a medida que aumenta el tamaño (radio atómico), la energía de ionización debe disminuir. 

Dentro de un período, la EI₁ generalmente aumenta con el aumento de Z. Hacia abajo en un grupo, el valr de EI₁ generalmente disminuye con el aumento de Z. Sin embargo, hay algunas desviaciones sistemáticas de esta tendencia. Observe que la energía de ionización del boro (número atómico 5) es menor que la del berilio (número atómico 4) aunque la carga nuclear del boro sea mayor por un protón. Esto se puede explicar porque la energía de las subcapas aumenta a medida que l aumenta, debido a la penetración y el apantallamiento. Dentro de cualquier capa, los electrones s tienen menor energía que los electrones p. Esto significa que un electrón s es más difícil de remover de un átomo que un electrón p en la misma capa. El electrón removido durante la ionización del berilio ([He]2ss²) es un electrón s, mientras que el electrón removido 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 sea mayor en un protón. Por lo tanto, vemos una pequeña desviación de la tendencia prevista que ocurre cada vez que comienza una nueva subcapa.

Otra desviación ocurre cuando los orbitales se llenan más de la mitad. La primera energía de ionización para el oxígeno es ligeramente inferior a la del nitrógeno, a pesar de la tendencia de los valores de EI₁ a aumentar a lo largo de un período. Para el oxígeno, la remoción de un electrón eliminará la repulsión electrón-electrón causada por el apareamiento de los electrones en el orbital 2p y dará lugar a un orbital medio-lleno (que es energéticamente favorable). Cambios análogos ocurren en períodos sucesivos.

Quitar un electrón de un catión es más difícil que quitar un electrón de un átomo neutro debido a la mayor atracción electrostática al catión. De la misma manera, eliminar un electrón de un catión con una carga positiva más alta es más difícil que eliminar un electrón de un ión con una carga más baja. Así, las energías de ionización sucesivas para un elemento siempre aumentan. Como se ve en la Tabla 1, hay un gran aumento en las energías de ionización para cada elemento. Este salto corresponde a la remoción de los electrones centrales, que son más difíciles de remover que los electrones de valencia. Por ejemplo, tanto Sc como Ga tienen tres electrones de valencia, por lo que el rápido aumento de la energía de ionización ocurre después de la tercera ionización.

Tabla 1: Energías de ionización sucesivas para elementos seleccionados (kJ/mol)

Este texto es adaptado de OpenStax Química 2e, Sección 6.5: Variaciones Periódicas en las Propiedades de los Elementos.