Energia d'ionització i configuració electrònica

7a. Concepte d'energia d'ionització

Definició

L'energia d'ionització és l'energia que cal subministrar a un element en estat gasós per arrencar un electró:

A(g) → A+(g) + 1 e- (primera energia d'ionització)

Justificació de l'energia d'ionització entre un gas noble i l'element alcalí següent

En el gràfic s'observa que els gasos nobles, per exemple, l'He o el Ne, tenen molta més energia d'ionització que l'element alcalí següent (Li o Na). Els gasos nobles, en l'estructura electrònica, tenen plena la darrera capa: ns², np⁶; l'element alcalí següent té un electró més que se situa en la següent capa: ns², np⁶, (n+1)s¹.

Els gasos nobles, pel fet de tenir el darrer orbital complet d'electrons, fa que costi molt arrencar-ne un i, per tant, aquests elements tenen valors de la primera energia d'ionització molt alta, comparada amb els altres elements de la taula periòdica.

L'element alcalí següent té el darrer electró en una capa superior, més allunyada del nucli; la força d'atracció dels electrons i protons depèn inversament de la distància en què es trobin. En l'element alcalí tenim menys atracció dels protons envers l'electró més extern i, per tant, és més fàcil d'arrencar l'electró i tindrem una energia d'ionització inferior.

7b. Configuració electrònica

Configuracions electròniques dels elements carboni a fluor:

• C (Z=6): 1s², 2s², 2p²
• N (Z=7): 1s², 2s², 2p³
• O (Z=8): 1s², 2s², 2p⁴
• F (Z=9): 1s², 2s², 2p⁵

Justificació de l'augment d'energia d'ionització en avançar en el segon període

L'energia d'ionització augmenta quan avancem en aquest segon període (passem del C al F), i això vol dir que cal donar més energia per arrencar l'electró que sempre es troba en l'orbital 2p.

Els elements del segon període tenen els electrons més externs sempre en la capa 2, però en avançar en el període tenim més protons i electrons, i aquest augment de càrrega elèctrica fa que augmenti l'atracció elèctrica entre ells i disminueixi el radi; això provoca que costi més arrencar l'electró i augmenti l'energia d'ionització.

Justificació de la disminució d'energia d'ionització en passar del N a l'O

El nitrogen té els 3 electrons més externs en els 3 orbitals 2p, totalment desaparellats:

N: ... 2p_x¹, 2p_y¹, 2p_z¹

L'oxigen té els 4 electrons més externs en els 3 orbitals 2p; dos electrons estan aparellats i els altres dos no:

O: ... 2p_x², 2p_y¹, 2p_z¹

La força de repulsió entre aquests dos electrons aparellats fa que el radi de l'oxigen sigui una mica superior al radi del nitrogen; l'atracció elèctrica entre protons i electrons en l'oxigen disminueix, i això provoca que costi menys arrencar l'electró i disminueixi l'energia d'ionització.