UNIDAD DIDÁCTICA 2: EL SISTEMA PERIÓDICO

APARTADO 4 - ENERGÍA DE IONIZACIÓN

QUÍMICA. 2º BACHILLERATO. PROFESOR: CARLOS M. ARTEAGA

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QUÍMICA. 2º DE BACHILLERATO. ESTUDIOS A DISTANCIA. PROFESOR: CARLOS MARTÍN ARTEAGA

UNIDAD DIDÁCTICA 2

EL SISTEMA PERIÓDICO

4.- ENERGÍA DE IONIZACIÓN

ESTUDIA / APRENDE

El concepto de Energía de Ionización (EI) y segunda EI, tercera EI…

La forma en que varía la EI en la tabla periódica.

Llamamos ENERGÍA DE IONIZACIÓN a la energía necesaria para separar o arrancar el electrón más externo de un átomo, cuando éste se encuentra aislado del resto, o sea, en estado gaseoso, es decir, la energía de ionización es la energía necesaria para convertir a un átomo en un ion con una carga positiva.

Dentro del S. P. a medida que avanzamos en un mismo periodo resulta cada vez más difícil arrancarle ese electrón, lo que significa que la energía de ionización es cada vez mayor. Esto es debido a que se ha comprobado que los átomos son más estables si la configuración electrónica del último nivel en el que existen electrones es s2p6; si nos encontramos a la izquierda del sistema periódico, al perder estos electrones, un átomo se va acercando a esa configuración, sin embargo si nos encontramos a la derecha el perder un electrón significaría alejarnos de la configuración electrónica estable. Por ello la Energía de Ionización en el S. P. aumenta de izquierda a derecha en un mismo periodo.

Dentro de un mismo grupo o familia es más fácil arrancar el electrón más externo cuanto más abajo esté el elemento en la Tabla Periódica; es decir, en una misma columna la Energía de Ionización aumenta de abajo a arriba. Esto es debido a que los electrones más externos de los elementos situados más abajo en un mismo grupo, se encuentran a una distancia media mayor del núcleo que los de los elementos situados más arriba, lo que hace que la atracción del núcleo (cargado positivamente) sobre aquellos sea menor.

En general la representación del proceso que da lugar al cálculo de la Energía de Ionización se escribe de la siguiente manera:

M(g) + E.I. M+(g) + e–

Siendo la E.I. la energía asociada a dicho proceso.

Como este proceso es siempre endotérmico, las energías de ionización tienen siempre valor positivo. Sus unidades son siempre unidades de energía bien por átomo o bien por mol de átomos.

La E.I. mide por tanto la facilidad que tiene un determinado elemento químico de formar un ion positivo o catión: Cuanto menor sea la energía de ionización más facilidad tendrá un elemento químico de formar un catión.

El proceso de formación de un catión puede seguir al siguiente electrón, lo que daría origen a la llamada SEGUNDA ENERGÍA DE IONIZACIÓN (EI2 energía necesaria para arrancar un segundo electrón del ion con una carga positiva):

M+(g) + EI2 M++(g) + e–

Y así sucesivamente con la tercera EI3...

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ACTIVIDADES RESUELTAS:

La primera energía de ionización del litio es igual a 5,4 eV para cada átomo de litio. a) Expresa dicho valor en kJ/mol. b) Si la energía de ionización del Li+ para su conversión en Li2+ es 7297 kJ/mol, ¿por qué existe esa diferencia tan grande entre la primera y la segunda energía de ionización del litio?

a) En este ejercicio se nos piden dos cambios de unidades: la primera es pasar los eV a kJ y la segunda pasar los átomos a moles. Conocemos las equivalencias entre estas unidades:

1eV = 1,610–19 J; 1J = 10–3kJ 1 mol = 6,02 -1023 átomos Por tanto:

19 235

1

eV eV 1,6 10 J 6,02 10 átomos J kJE.I. 5,4 5,4 5,201 10 520,1

átomo átomo 1eV 1mol mol mol

b) La gran diferencia existente es debido a que, al arrancar el primer electrón, el átomo de litio adquiere su

configuración electrónica estable; esto hace que resulte fácil ionizar al litio perdiendo un solo electrón; sin embargo, una vez que el litio se ha convertido en ion Li+ arrancarle un nuevo electrón va a resultar muy difícil puesto que lo alejamos de su estado de estabilidad.

Dados los tres elementos: A, B y C, de números atómicos 8, 16 y 19 respectivamente. a) Escribe las configuraciones electrónicas y el nombre de dichos elementos. b) Indica el elemento cuya primera energía de ionización sea mayor y razona la respuesta.

a) A tiene Z = 8 y su configuración electrónica es: 1s2 2s2 2p4 y se trata del oxígeno. B tiene Z = 16 y su configuración electrónica es: 1s2 2s2 2p6 3p4 y se trata del azufre. C tiene Z = 19 y su configuración electrónica es: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 4s1 y se trata del potasio.

b) El elemento de mayor energía de ionización es el A, o sea el oxígeno, porque aunque tiene igual tipo de configuración que el B, el azufre, los electrones externos de la última capa del oxígeno están más cerca del núcleo, ya que sólo tiene dos niveles energéticos, mientras que el azufre tiene tres. En el elemento C, el potasio, cuesta poco arrancarle su electrón externo, ya que se trata del elemento primero de su período.

CONTESTA Y REPASA

Define energía (potencial) de ionización y escribe la ecuación que representa el proceso de ionización.

Explica razonadamente porqué, para un mismo elemento, las sucesivas energías de ionización aumentan.

¿Por qué al grupo de los metales alcalinos les corresponde las menores energías de ionización EI1?

¿Por qué el Be tiene una EI1 inferior a la del B si este último está colocado a su derecha?

Las primeras energías de ionización (en eV/átomo) para una serie de átomos consecutivos en el sistema periódico son: 10,5; 11,8; 13,0; 15,8; 4,3; 6,1. Indica cuál de ellos será un halógeno, cuál un anfígeno, y cuál un alcalino. (1 eV = 1,6 · 10–19 J).

Escoge la respuesta correcta: La segunda energía de ionización de un elemento M es la energía necesaria para:

a) Arrancar 2 moles de electrones de 1 mol de átomos de M.

b) Arrancar 1 mol de electrones de 1 mol de iones M+.

c) Arrancar 1 mol de electrones de 1 mol de iones M2+.

d) Introducir 1 mol de protones en 1 mol de iones M+.