Propriedades Periódicas: Potencial de Ionização

1. O que é Potencial de Ionização?

O potencial de ionização, ou energia de ionização, é a energia necessária para remover um elétron de um átomo no estado gasoso.

A remoção do elétron ocorre no estado gasoso porque, nesse estado, os átomos estão isolados, sem interação com outros átomos, permitindo uma medição mais precisa.

A equação que representa o processo de ionização é:

X (g) → $X^+$ (g) + 1 é

Quanto maior for a atração entre o núcleo positivo e o elétron que será removido, maior será o valor do potencial de ionização.

2. Padrão de Potencial de Ionização na Tabela Periódica

O potencial de ionização varia periodicamente na tabela periódica devido à organização dos elementos e ao comportamento da carga nuclear efetiva.

Padrão nos Períodos

Da esquerda para a direita, o potencial de ionização aumenta.

Isso ocorre porque a carga nuclear efetiva aumenta, puxando os elétrons para mais perto do núcleo e tornando mais difícil removê-los.

Pense pelo raio. Se o raio se torna menor, o elétron fica mais perto do núcleo, então será mais difícil dele se desprender.

Padão nas Famílias

De cima para baixo, o potencial de ionização diminui.

Isso acontece porque os elétrons estão mais afastados do núcleo, em níveis de energia mais altos, onde a atração nuclear é menor.

Use o mesmo raciocínio do raio que usamos para os períodos.

3. Várias Ionizações: Por que os Valores Aumentam?

Após remover o primeiro elétron, o átomo torna-se um íon positivo (cátion). Quanto mais elétrons você tenta remover, maior será a energia necessária.

Isso ocorre porque:

1. Com menos elétrons, a repulsão entre eles diminui, permitindo que a carga nuclear atraia os elétrons restantes com mais força.
2. Quando um elétron é removido de um nível mais interno, a energia aumenta drasticamente.

Imagine o potencial de ionização como se fosse um amigo seu lhe pedindo canetas emprestado. 

Quando ele lhe pede pela primeira vez, ele não precisa se esforçar tanto, você empresta tranquilamente.

Só que ele pegou emprestado e roubou a caneta de você! Você se zangou com ele e decidiu não emprestar mais.

Uma semana depois, ele lhe pede pela segunda vez uma caneta emprestada. 

Você lutou bastante, disse não, mas ele foi muito convincente e você emprestou de novo.

Adivinha o que aconteceu: ele roubou novamente!

Se ele vier uma terceira vez lhe pedindo caneta emprestado, você concorda que a chance de você emprestar é muito menor?

É o que acontece com os átomos. Suas canetas são como se fossem seus elétrons. 

Quanto mais elétrons você tirar dele, menos ele vai querer lhe emprestar de novo, portanto maior deverá ser a energia necessária para conseguir retirar um próximo. 

4. O que significa quando o valor do potencial de ionização dispara?

O elemento magnésio (Mg) tem a seguinte distribuição eletrônica no estado fundamental: 1s² 2s² 2p⁶ 3s².

Ao remover:

• O primeiro elétron ($3s^2$): o valor da energia é de 738 KJ/mol. É relativamente baixo. Chamamos essa retirada de primeira energia de ionização.
• O segundo elétron ($3s^1$): a energia vai para 1451 KJ/mol. Aumenta um pouco, certo? Essa é a segunda energia de ionização.
• O terceiro elétron ($2p^6$): a energia gasta é de 7730 KJ/mol. A energia dispara, aumenta quase sete vezes, muito maior do que o da segunda!

Isso acontece porque o terceiro elétron está sendo retirado de uma camada de valência preenchida completamente (nível 2).

Até a segunda energia de ionização, os elétrons retirados eram de uma camada de valência que não estava totalmente preenchida (nível 3).

Pense no átomo e nos seus elétrons como se fosse uma roda de amigos.

Quando o primeiro se levanta e diz que vai embora, o resto da roda toda reclama, fala que não é para ir, para deixar de besteira, que tem que ficar todo mundo junto até o fim.

Quando o grupo está totalmente preenchido, se desprender dele é muito difícil.

Agora no fim da noite, quando quase todos já foram embora, se você se levantar para ir, a resistência será muito menor. Afinal, todos já foram mesmo, né?

O mesmo acontece com o átomo.

Em uma camada de valência praticamente vazia, perder mais um não gera tanta resistência quanto perder o primeiro elétron em uma camada totalmente preenchida. 

5. Como determinar a família do elemento pelo potencial de ionização que dispara?

Se você entendeu que o disparo na energia é quando você retira o primeiro elétron de outra camada (uma nova camada cheia),

então a quantidade de elétrons que ele possuía na camada de valência até então é o total de elétrons que já foram retirados antes do salto. 

Portanto, se você olhar para um gráfico de energia de ionização e notar que o salto ocorreu na quarta energia de ionização, 

você pode afirmar que o elemento tinha três elétrons na sua camada de valência.

Isso significa que ele é do grupo 13, ou família do Boro. 

Pegou o raciocínio?

6. Exceções de Potencial de Ionização

Nem sempre o padrão de aumento ou diminuição é seguido de forma linear. Existem exceções interessantes que são amplamente cobradas em provas:

Grupo 2 e Grupo 13

O esperado é que a primeira energia de ionização do boro (B) fosse maior que a do berílio (Be). 

Porém, o berílio possui o subnível "s" completamente preenchido e, para perder um elétron, ele precisaria desemparelhar seu subnível. 

Já o boro possui o subnível "s" completamente preenchido e um elétron isolado no subnível "p". 

Para perder um elétron, bastaria ele perder esse elétron isolado do subnível "p", não mexendo na estabilidade do subnível "s".

Portanto, o primeiro potencial de ionização do grupo 2 é maior que o do grupo 13.

Grupo 15 e Grupo 16

O mesmo raciocínio vale para os grupos 15 e 16. 

O nitrogênio (N) possui 5 elétrons na camada de valência, sendo 2 no subnível "s", totalmente preenchido, e 3 no "p", sendo semipreenchido, um em cada orbital. 

Já o oxigênio (O) possui 6 elétrons, tendo um 4 elétrons no subnível "p". 

Perder um elétron para o nitrogênio significaria perder o semipreenchimento, deixando um orbital vazio. 

Já perder um elétron para o oxigênio significaria perder um elétron em um orbital que já tinha dois, ficando com exatamente um elétron em cada orbital.

Sendo assim, o "prejuízo" é maior para o nitrogênio, apresentando um potencial de ionização maior.

Portanto, o primeiro potencial de ionização do grupo 15 é maior que o do grupo 16.