L'energia d'ionització és una propietat física que fa referència a la quantitat d'energia necessària per eliminar un electró d'un àtom o una molècula en el seu estat gasós i transformar-lo en un ió positiu. Aquest procés es coneix com a ionització, i l'electró que s'elimina s'anomena electró ionitzat.
Quan s'aplica prou energia a un àtom o molècula, un dels seus electrons més externs pot ser “alliberat” i escapar de l'atracció del nucli carregat positivament.
L'energia d'ionització s'expressa generalment en unitats d'energia per molècula o àtom, com ara electrovolts (eV) o quilojuliols per mol (kJ/mol).
De què depèn l'energia d'ionització?
L'energia d'ionització depèn de diversos factors relacionats amb l'estructura electrònica de l'àtom o la molècula:
-
Grandària del nucli: Com més gran sigui la càrrega positiva del nucli (nombre atòmic), més gran serà l'atracció que exerceix sobre els electrons i, per tant, més energia es requerirà per ionitzar l'àtom.
-
Configuració electrònica: La distribució i l'organització dels electrons en els diferents nivells i subnivells energètics de l'àtom influeix en l'energia d'ionització. Els electrons més propers al nucli estan més fortament atrets i requereixen més energia per ser eliminats.
-
Número d'electrons: En general, l'energia d'ionització augmenta a mesura que s'eliminen més electrons d'un àtom. Això és perquè, una vegada que s'han eliminat els electrons més externs, els electrons restants experimenten una atracció neta més forta del nucli.
-
Distància de l'electró a ionitzar: L'energia d'ionització disminueix a mesura que l'electró que s'ionitzarà es troba més allunyat del nucli. Els electrons dels nivells més externs experimenten menys atracció del nucli i, per tant, requereixen menys energia per ser remoguts.
-
Interaccions electró-electró: Les interaccions repulsives entre electrons també influeixen. Els electrons tendeixen a repel·lir-se entre si, cosa que dificulta l'eliminació d'un electró d'un àtom.
-
Efecte d'apantallament: Els electrons interns exerceixen un efecte d'apantallament sobre els electrons exteriors, cosa que disminueix l'atracció neta que experimenten. Com a resultat, els electrons més externs s'ionitzen amb menys energia.
Per què és important?
L'energia d'ionització és una propietat fonamental en química i física, i la importància rau en diversos aspectes clau:
-
Formació d'ions: L'energia d'ionització determina si un àtom pot perdre un electrons o més per formar un ió positiu (cations). Els ions tenen un paper essencial en diverses reaccions químiques i en la formació de compostos. La capacitat dels àtoms per formar ions està relacionada directament amb les energies d'ionització.
-
Reactivitat química: Els elements amb baixes energies d'ionització tendeixen a ser més reactius, ja que poden perdre més fàcilment electrons i formar ions positius. D'altra banda, els elements amb altes energies d'ionització són menys reactius, ja que retenen fermament els electrons.
-
Conductivitat elèctrica: En materials conductors, com els metalls, els electrons es poden moure lliurement entre els àtoms formant un "núvol" d'electrons deslocalitzats. L'energia d'ionització determina la facilitat amb què aquests electrons poden ser alliberats, cosa que està directament relacionada amb la conductivitat elèctrica del material.
-
Estructura atòmica i molecular: L'energia d'ionització és essencial per entendre l'estructura electrònica dels àtoms i molècules. Conèixer les energies d‟ionització dels elements permet predir la configuració d‟electrons i el comportament químic dels àtoms en diverses situacions.
-
Espectroscòpia: l'espectroscòpia és una tècnica utilitzada per estudiar la interacció entre la llum i la matèria. Les transicions electròniques i les energies requerides per excitar o ionitzar àtoms o molècules s'utilitzen per identificar i analitzar substàncies en diverses aplicacions, com ara anàlisis químiques i astronòmiques.
-
Tecnologia i electrònica: L'energia d'ionització és rellevant en el disseny i el funcionament de dispositius electrònics, com transistors i díodes, ja que està relacionada amb les característiques electròniques i la conductivitat dels materials utilitzats en la seva construcció.
Exemples d'energies d'ionització a alguns elements químics
A continuació, es presenta una taula amb alguns elements químics destacats juntament amb la seva energia d'ionització aproximada i una breu descripció de la seva rellevància:
|
Element |
Energia d'Ionització (eV) |
Descripció |
|
Hidrogen |
13.6 |
L'hidrogen és l'element més simple i abundant a l'univers. La baixa energia d'ionització el fa susceptible a la formació d'ions H+ i és essencial en la química de l'aigua i en les reaccions redox. També és un component crucial en la fusió nuclear i la producció d'energia al Sol. |
|
Carboni |
11.3 |
El carboni és un element fonamental per a la vida i la química orgànica. La seva energia d'ionització relativament alta permet la formació d'enllaços covalents forts, fet que li atorga una gran versatilitat en la formació de molècules complexes i macromolècules com els aminoàcids i els àcids nucleics. |
|
Oxigen |
13.6 |
L'oxigen és essencial per a la respiració i la combustió. La seva energia d'ionització permet la formació d'ions oxigen amb càrrega negativa (O-), que tenen un paper important en la formació d'enllaços iònics amb altres elements per formar òxids. També és fonamental en la química atmosfèrica i en la protecció contra la radiació ultraviolada a l'estratosfera. |
|
Sodi |
5.1 |
El sodi és un metall altament reactiu a causa de la baixa energia d'ionització. Forma compostos iònics importants, com el clorur de sodi (sal comú), i és crucial per a la transmissió d'impulsos nerviosos i l'equilibri dels fluids al cos humà. També és utilitzat en la indústria per a la producció de productes químics i en la fabricació de vidres i detergents. |
|
Ferro |
7.9 |
El ferro és un metall de transició essencial a la vida quotidiana ia la biologia. La seva energia d'ionització moderada permet la formació d'ions Fe2+ i Fe3+, que són components essencials a les proteïnes transportadores d'oxigen, com l'hemoglobina i la mioglobina. També s'utilitza a la indústria siderúrgica per a la producció d'acer. |
|
Or |
9.2 |
L'or és conegut per la seva bellesa i el seu valor econòmic. La seva energia d'ionització moderada permet que formi ions positius estables (Au+), cosa que el fa útil a la joieria i la fabricació de components electrònics d'alta gamma. També s'utilitza en la medicina i la indústria espacial a causa de la seva alta reflectivitat i baixa reactivitat química. |
