Energia de Ionização

Um conceito bastante importante na Química é aquele que trata do potencial de ionização ou energia de ionização. Isso porque este conceito explica algumas propriedades bastante importantes dos elementos químicos, como o porquê dos elementos que estão próximos ao césio na tabela periódica serem metais e os elementos químicos próximos ao hélio serem semimetais, já que, como o próprio nome do conceito indica, trata-se de algo que recai sobre os íons.

Neste artigo, entenderemos do que trata-se o conceito em tela, bem como sua importância para os estudos químicos e diversos outros tópicos que você, aluno do ensino médio ou da graduação, precisa saber para dominar o assunto. Vamos a eles.

Entendendo o conceito

Quando os átomos estão em seu estado fundamental, significa que possuem a mesma quantidade de elétrons (carga negativa) e prótons (carga positiva). Em outras palavras, são neutros. No entanto, quando formam as ligações iônicas, um ou mais elétrons são extraídos da camada de valência do átomo, que são transferidos para outros átomos e formam a ligação iônica. Dessa maneira, o átomo que perdeu seus elétrons fica carregado positivamente, ou seja, se transforma em cátion.

É neste processo de tomada dos elétrons de um átomo que se encontra a energia de ionização, uma vez que essa retirada requer uma quantidade determinada de energia, e como ocorreu a formação de íons esta energia é chamada de potencial de ionização. Assim, podemos chegar a uma primeira definição do conceito em tela, ou seja, a energia referida é a energia necessária para a retirada do elétron de um átomo isolado e em estado gasoso.

Esta energia é dada pelas seguintes fórmulas:
X(g) → X (g) e-
ou
I = E(X ) – E(X)

De acordo com o Sistema Internacional de Unidades (SI), esta energia deve ser medida em KJ/mol.
Quando o primeiro elétron é retirado de um átomo neutro, temos aquilo que se convencionou chamar de primeiro potencial (ou energia) de ionização. Já quando ocorre de um segundo elétron ser retirado do que agora já e um cátion, o nome recebido é segundo potencial de ionização. Caso haja mais elétrons retirados, a nomeação segue pela ordem lógica (terceiro, quarto, quinto… potencial de ionização).

Algo muito importante e que deve ser lembrado é que a energia de ionização é uma propriedade periódica. Mas o que isso significa exatamente? Significa que ela segue uma lógica presente na tabela periódica, mais especificamente a relacionada com o tamanho do raio atômico, já que depende da distância que os elétrons estão do núcleo. Disso, podemos inferir que quanto maior o raio atômico, menor será a energia de ionização, sendo o contrário também verdadeiro.
Na tabela periódica, é bastante simples fazer essa inferência, já que os valores do potencial de ionização aumentam da esquerda para a direita e de baixo para cima, pois nas margens esquerda e inferior estão os elementos químicos de maior raio atômico.

Potencial dos elementos da mesma família

Apesar do macete da tabela periódica ser bastante útil em diversas situações, quando levado em conta o potencial de ionização dos elementos de uma mesma família ele pode não funcionar tão bem assim. A regra para estes elementos aumenta de baixo para cima.

Isso se dá porque, conforme se vai em direção à margem inferior, maiores os raios atômicos e, consequentemente, maior a distância dos elétrons em relação ao centro e mais difícil sua retirada dos átomos ou cations.
Ja quando falamos de elementos que se encontram em um mesmo período, temos que o potencial de ionização aumenta da esquerda para a direita. A explicação para isso é que, mesmo que a quantidade de níveis de energia seja a mesma conforme se avança para a direita, a quantidade de elétrons aumenta. Isso significa que a atração aumenta para o núcleo e o raio diminui, e como o potencial de ionização é a força necessária para a retirada de elétrons, essa energia terá que ser maior.

De tudo o que já foi explicado podemos, então, deduzir que os maiores potenciais de ionização serão dos elementos localizados próximos ao hélio, e os elementos de menores potenciais de ionização serão aqueles localizados próximos ao césio.

Portanto, saber os potenciais de ionização de diferentes elementos e, claro, como encontrá-los, é algo que deve ser feito com facilidade, pois este é um conceito bastante recorrente em vestibulares e provas de química – tanto em nível de ensino fundamental quanto em nível de ensino superior.

Como conclusões finais, podemos destacar que somente os elementos com baixo potencial de ionização podem formar metais sólidos, pois as ligas metálicas são formadas por cations ou átomos neutros imersos em elétrons delocalizados. Isso quer dizer que os elétrons devem ser facilmente desmembrados de seus átomos. Isso implica que os elementos com altos potenciais de ionização são ametais, já que não podem formar ligas metálicas.