Energía de Ionización, Afinidad Electrónica y Enlace Metálico: Fundamentos Químicos

Energía de Ionización (EI)

La energía de ionización (EI) es la energía mínima necesaria que hay que suministrar a un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental, para arrancarle el electrón más externo (el que está más débilmente retenido) y convertirlo en un catión monopositivo gaseoso.

Se puede expresar mediante la siguiente ecuación:

A(g) + EI → A+(g) + e-

La energía de ionización es igual, en valor absoluto, a la energía con que el núcleo atómico mantiene unido al electrón; es decir, es la energía requerida para ionizar el átomo.

Al ser la energía de ionización una medida cuantitativa de la fuerza con la que un electrón está unido al átomo, su variación nos ayuda a comprender las diferencias cualitativas entre distintas estructuras electrónicas.

Factores que influyen en la Energía de Ionización

La magnitud de la energía de ionización depende fundamentalmente de tres factores:

• Estructura electrónica de la última capa: El factor determinante es la configuración electrónica de la capa de valencia. Cuanto más estable sea esta configuración (es decir, cuanto más se parezca a la de un gas noble), mayor energía será necesaria para arrancar un electrón.
• Radio atómico: A mayor radio, el electrón más externo está más alejado del núcleo y menos atraído, por lo que la EI es menor.
• Carga nuclear: A mayor carga nuclear (mayor número de protones), mayor es la atracción sobre los electrones, y por tanto, mayor es la EI.

Afinidad Electrónica (AE) o Electroafinidad

Se denomina afinidad electrónica (AE) o electroafinidad a la energía que se libera (en la mayoría de los casos) cuando un átomo neutro, en estado gaseoso y fundamental, capta un electrón y se transforma en un anión mononegativo (ion con carga -1), también en estado gaseoso.

X(g) + e- → X-(g) + AE

Si un átomo tiene baja energía de ionización, cederá con facilidad un electrón y, por lo tanto, no tenderá a ganarlo; por ello, su afinidad electrónica será generalmente baja (menos exotérmica o incluso endotérmica). Por el contrario, si un átomo tiene una alta energía de ionización, no tendrá tendencia a perder electrones y sí a ganarlos. La afinidad electrónica varía en el sistema periódico de forma similar, aunque con más irregularidades, a la energía de ionización.

Enlace Metálico

Los átomos de los elementos metálicos se caracterizan por tener pocos electrones de valencia (electrones en la última capa). Estos átomos no suelen formar enlaces covalentes estables, ya que compartiendo electrones difícilmente alcanzan la configuración electrónica de gas noble.

La estabilidad en los metales se consigue de otro modo: los electrones de valencia de cada átomo se deslocalizan y pasan a formar parte de un "fondo común" o "nube electrónica" que rodea a todo el conjunto de iones positivos (cationes). Estos iones positivos se disponen de forma ordenada en el espacio, formando una red o cristal metálico.

Propiedades de los Metales

La estructura del enlace metálico (red de cationes inmersa en una nube de electrones deslocalizados) explica sus propiedades características:

• Alta conductividad térmica y eléctrica: Los electrones de la nube electrónica pueden moverse con gran libertad a través del cristal, transportando carga eléctrica o energía térmica.
• Ductilidad y Maleabilidad: Son dúctiles (se pueden estirar para formar hilos) y maleables (se pueden deformar para formar láminas). La deformación del metal no implica la rotura de enlaces específicos ni una aproximación de iones de igual carga (que causaría repulsión y fractura, como ocurre en los compuestos iónicos), ya que la nube electrónica se adapta a la nueva disposición de los cationes.
• Puntos de fusión y ebullición generalmente altos: La estabilidad de la red cristalina formada por los cationes y la nube electrónica circundante suele ser elevada, requiriendo bastante energía para romperla.
• Insolubilidad en la mayoría de disolventes: Son difícilmente solubles, especialmente en disolventes polares como el agua. A diferencia de los compuestos iónicos, donde el disolvente puede solvatar los iones individuales, en un metal la estructura es un "todo uniforme" y no existen puntos claros de ataque para las moléculas del disolvente que puedan separar fácilmente los componentes de la red.
• Brillo metálico: La nube electrónica puede absorber y reemitir fotones de luz de diversas energías, lo que les confiere su característico brillo.