Definir a energia de ionização secundária

A energia de ionização secundária é definida pela equação:

É a energia necessária para remover um segundo electrão de cada ião em 1 mol de iões gasosos 1+ para dar iões gasosos 2+.

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Mais energias de ionização

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Você pode então ter tantas energias de ionização sucessivas quanto há elétrons no átomo original.

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As primeiras quatro energias de ionização do alumínio, por exemplo, são dadas por

	>	1st I.E. = 577 kJ mol-1
		2nd I.E. = 1820 kJ mol-1
		3º I.E. = 2740 kJ mol-1
	>	4º I.E.E. = 11600 kJ mol-1

Para formar um íon Al3+(g) de Al(g) você teria que fornecer:

577 + 1820 + 2740 = 5137 kJ mol-1

Isso é muita energia. Então porque é que o alumínio forma iões Al3+?

Só os pode formar se conseguir recuperar essa energia de algum lado, e se isso é viável depende daquilo com que está a reagir.

Por exemplo, se o alumínio reagir com flúor ou oxigénio, pode recuperar essa energia em várias mudanças envolvendo o flúor ou o oxigénio – e assim o flúor ou o óxido de alumínio contém iões Al3+.

Se o alumínio reage com cloro, não consegue recuperar energia suficiente, e assim o cloreto de alumínio anidro sólido não é realmente iónico – em vez disso, forma ligações covalentes.

Por que é que o alumínio não forma um ião de Al4+? A quarta energia de ionização é enorme em comparação com os três primeiros, e não há nada com que o alumínio possa reagir que lhe permita recuperar essa quantidade de energia extra.

Por que é que as sucessivas energias de ionização se tornam maiores?

Após ter removido o primeiro electrão que lhe resta com um ião positivo. Tentar remover um electrão negativo de um ião positivo vai ser mais difícil do que removê-lo de um átomo. Remover um electrão de um ião 2+ ou 3+ (etc) vai ser progressivamente mais difícil.

Por que é a quarta energia de ionização do alumínio tão grande?

A estrutura electrónica do alumínio é 1s22s22p63s23px1. Os primeiros três electrões a serem removidos são os três electrões nas orbitais 3p e 3s. Uma vez removidos, o quarto electrão é removido do nível 2p – muito mais próximo do núcleo, e apenas filtrado pelos electrões 1s2 (e até certo ponto os 2s2).

Usando energias de ionização para determinar em que grupo um elemento está

Este grande salto entre duas energias de ionização sucessivas é típico de uma ruptura súbita a um nível interior. Pode-se usar isto para determinar em que grupo da Tabela Periódica um elemento está a partir das suas sucessivas energias de ionização.

Magnésio (1s22s22p63s2) está no grupo 2 da Tabela Periódica e tem sucessivas energias de ionização:

Aqui ocorre o grande salto após a segunda energia de ionização. Isto significa que existem 2 electrões que são relativamente fáceis de remover (os electrões 3s2), enquanto que o terceiro é muito mais difícil (porque vem de um nível interior – mais próximo do núcleo e com menos triagem).

Silício (1s22s22p63s23px13py1) está no grupo 4 da Tabela Periódica e tem energias de ionização sucessivas:

Aqui vem o grande salto depois do quarto electrão ter sido removido. Os primeiros 4 electrões vêm dos orbitais de 3 níveis; o quinto dos de 2 níveis.

A lição de tudo isto:

Conte os electrões fáceis – aqueles até (mas não incluindo) o grande salto. Isso é o mesmo que o número do grupo.

Outro exemplo:

Decidir em qual grupo um átomo está se ele tem sucessivas energias de ionização:

As energias de ionização estão subindo um ou dois mil de cada vez para os primeiros cinco. Depois há um salto enorme de cerca de 15.000. Há 5 elétrons relativamente fáceis – então o elemento está no grupo 5.

Explorar os padrões com mais detalhes

Se você traçar gráficos de energias de ionização sucessivas para um determinado elemento, você pode ver as flutuações nele causadas pelos diferentes elétrons sendo removidos.

Não só se podem ver os grandes saltos de energia de ionização quando um electrão vem de um nível interior, mas também se podem ver as menores flutuações dentro de um nível, dependendo se o electrão vem de um s ou de um p orbital, e mesmo se está emparelhado ou não nesse orbital.

Cloro tem a estrutura electrónica 1s22s22p63s23px23pz1.

Este gráfico apresenta as primeiras oito energias de ionização do cloro. As etiquetas verdes mostram que elétron está sendo removido para cada uma das energias de ionização.

Se você colocar uma régua no primeiro e segundo pontos para estabelecer a tendência, você verá que o terceiro, quarto e quinto pontos estão acima do valor que você esperaria. Isto porque os dois primeiros electrões estão a vir de pares nos níveis 3p e são portanto bastante mais fáceis de remover do que se não fossem pares.

Again, se colocar uma régua no 3º, 4º e 5º pontos para estabelecer a sua tendência, verá que o 6º e 7º pontos estão bem acima dos valores que esperaria de uma continuação da tendência. Isto porque o 6º e 7º elétrons estão vindo do nível 3s – um pouco mais próximo do núcleo e um pouco menos bem selecionado.

O salto massivo ao entrar no nível interno do 8º elétron é bastante óbvio!