La energía de ionización o potencial de ionización se define como la energía que se necesita para poder separar un electrón de un átomo en estado fundamental y en estado gaseoso.
Los electrones se mantienen en los átomos mediante su atracción al núcleo lo cual significa que para sacar un electrón al átomo se necesita energía. La energía de ionización es necesaria para remover un electrón a un átomo en estado gaseoso. Cuando se retira un electrón de un átomo neutro, se forma un catión con una carga igual a +1.
Na(g) + energía de ionización = Na+ + electrón
Para separar un segundo electrón, la energía necesaria se llama segunda energía de ionización y como es muy difícil remover un electrón de una partícula que es positiva el valor será mayor que el de la primera energía de ionización.
También es posible que haya una tercera energía de ionización. Hay que recordar siempre que mientras más lejos del núcleo esté el electrón, es más fácil removerlo, ya que se necesita menos energía.
Cuando el número atómico aumenta, también lo hará la carga nuclear y se hace más difícil remover un electrón pues es atraído más fuertemente por el núcleo. Si el efecto de pantalla es grande, la energía de ionización disminuye.
El efecto de pantalla se podría definir como la interferencia hallada entre la órbita más externa de un átomo y su núcleo.
Para entender esta propiedad es necesario comprender el resto de las propiedades periódicas, entre ellas tenemos:
Tamaño atómico
Este se determina con la distancia entre los núcleos, pero debido a que no se puede determinar el tamaño preciso del átomo ya que no hay límites definidos para la ubicación de los electrones, los núcleos de los átomos tienen una posición fija y entonces se puede medir la distancia entre dos núcleos atómicos cuando están químicamente enlazados.
Estos electrones forman enlaces químicos pudiendo ser covalentes o iónicos, entonces estos enlaces forman sus propios radios, es decir si se crea un enlace covalente, existirá un radio covalente y un radio iónico para un enlace del mismo.
Radio covalente
Mide la distancia entre los núcleos cuando se enlazan dos átomos del mismo elemento. Siempre es la mitad de la distancia del enlace.
Radio Iónico
El radio iónico mide la distancia entre el centro del núcleo del átomo y el electrón estable que esté más alejado de él, pero tomando como referencia al ión y no al átomo. Este se representa en la tabla de derecha a izquierda en los periodos y de arriba hacia abajo en los grupos.
Energía de ionización en la tabla periódica
La energía de ionización en la tabla periódica varía de la siguiente manera:
Un grupo disminuye de arriba hacia abajo debido a que aumenta el tamaño del átomo porque es más fácil remover un electrón externo, a pesar de que al aumentar el número atómico aumentará la atracción del núcleo sobre los electrones, pero a causa de esto, el efecto de pantalla aumenta porque va disminuyendo la energía de ionización.
En un período aumenta de izquierda a derecha ya que aumenta la carga nuclear efectiva mientras el efecto de pantalla permanece constante y se incrementa gracias a la disminución del tamaño del átomo.
Sin embargo, se debe tener en cuenta que los elementos ubicados en los grupos 2 (IIA) y 15 (VA) tienen mayor energía de ionización que los elementos de los grupos 13 (IIIA) y 16 (VIA), respectivamente, pero en el mismo período. Lo anterior se debe a que cuando el último subnivel ocupado se encuentra lleno o semilleno es más estable y se necesita más energía para quitarle un electrón.
Afinidad Electrónica
Se define como la energía liberada cuando se añade un electrón a un átomo neutro en su estado gaseoso. Cuando se agrega un electrón a un átomo neutro, se forma un anión con una carga igual a -1.
Cl (g) + electrón = Cl- + afinidad electrónica.
En la actualidad no se conoce la afinidad electrónica de todos los elementos químicos debido a que es muy difícil de medir.
La segunda afinidad electrónica consiste en adicionar un electrón a un ion negativo lo cual es muy difícil por las grandes repulsiones que se presentan. Sin embargo, el O 2- es un anión estable en los óxidos, pero no en estado sólido, lo que se explica por la neutralización de esta carga iónica con las cargas positivas vecinas en los cristales.
La afinidad electrónica depende de los mismos factores que la energía de ionización y se espera que varíe de manera similar en la tabla periódica, disminuyendo en un grupo de arriba hacia abajo y aumentando en un período de izquierda a derecha.
Con respecto a lo anterior, existen unas exclusiones, tales como:
Todos los elementos del grupo IIA tienen afinidad electrónica igual a cero o valores positivos, lo cual indica que ninguno de estos elementos existe como anión; la variación de los elementos del grupo del nitrógeno es irregular; la variación de la afinidad electrónica a lo largo de los períodos es muy irregular aunque se nota la tendencia a un incremento en el valor negativo de esta propiedad.
Los gases nobles no tienen afinidad electrónica, pues todos los subniveles están llenos de electrones y romper esta alta estabilidad es imposible.
Para no olvidar…
En los grupos, de arriba hacia abajo, aumenta el tamaño atómico y disminuyen la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad. En los períodos de izquierda a derecha, el tamaño atómico disminuye y la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad aumenta, aunque la afinidad electrónica lo hace de forma irregular.