Energie di ionizzazione: definizione e caratteristiche

Per comprendere le energie di ionizzazione dobbiamo prima approfondire il concetto stesso di ionizzazione. Per chi ha studiato queste materie e si è iscritto a facoltà scientifiche sono argomenti conosciuti, ma per molti altri che non sono avvezzi a questi discorsi può darsi che solo il nome desti sospetto e preoccupazione. Ma niente paura, siamo qui per questo, per illustrare in modo semplice e conciso quali sono le caratteristiche di questi processi chimici

Ionizzazione: che cos’è?

La ionizzazione è il nome che prende il processo di generazione di uno o più ioni (unità molecolare elettricamente carica) cede o acquista elettroni da una entità molecolare neutra (atomi o molecole). Questo processo può avvenire a causa di una collisione tra particelle oppure per un fenomeno di assorbimento di radiazioni. Esistono due tipi di ioni:

• Cationi
• Anioni

I primi sono formati da molecole o atomi che possiedono una quantità di elettroni minore a quella prevista dal numero atomico. Questi rimangono carichi positivamente.

Gli anioni hanno una quantità maggiore di elettroni rispetto a quella del numero atomico, pertanto rimangono carichi negativamente.

Il numero atomico (indicato con la lettera Z) corrisponde al numero di protoni contenuti in un nucleo atomico. Di conseguenza se il numero di elettroni dentro un atomo è pari l’atomo si definisce neutro. Il protone è la particella subatomica dotata di carica elettrica positiva.

Il numero atomico viene indicato in un numero pedice sinistro dell’elemento chimico in questione.

Il processo di ionizzazione consiste nell’eliminare un elettrone ad un atomo e farlo diventare ione, si può anche applicare un processo che fornisce energia di ionizzazione. Quanto più gli elettroni sono vicini al nucleo maggiore è la quantità di energia.

In condizioni di normalità un atomo possiede carica elettrica uguale a zero. Il suo nucleo conta una quantità di protoni e neutroni circondati da elettroni. La quantità di questi elettroni è pari a quella dei protoni. Se uno o più elettroni vengono tolti dall’atomo avviene un processo di ionizzazione.

In cosa consiste l’energia di ionizzazione

Come si fa a togliere gli elettroni da un atomo? È necessaria l’energia detta di ionizzazione, che viene misurata in:

• kilojoule per mole (kJ/mol)
• kilocalorie per mole (kcal/mol)
• elettrovolt (eV)

Ci sono assolutamente delle cose da sapere per quanto riguarda il processo di allontanamento di un elettrone dall’atomo. Quando si toglie il primo elettrone esterno si parla di prima ionizzazione.

Le energie di ionizzazione sono periodiche. Con ciò intendiamo affermare che questa aumenta come cresce il numero atomico di un periodo, mentre in un gruppo il crescere del numero atomico provoca la diminuzione dell’energia di ionizzazione.

Quali fattori concorrono all’energia di ionizzazione?

• Carica nucleare
• Effetto di schermo
• Raggio
• Sottolivello

La carica nucleare

Anche chiamata carica nucleare effettiva o efficace è la carica a cui viene sottoposta un elettrone di un atomo polielettronico. Il termine efficace sottolinea che l’effetto di schermo degli atomi che si trovano più internamente fanno in modo che l’elettrone posto all’ultimo strato non sia soggetto del tutto alla carica nucleare. Ecco alcuni degli atomi che non possiedono elettroni più interni e pertanto sono soggetti a carica efficace equivalente a carica nucleare:

• Idrogeno
• Elio

Per gli altri è necessario effettuare un’equazione che darà come risultato la carica efficace.

L’effetto di schermo

Per comprendere l’energia di ionizzazione è importante ribadire quanto detto prima: gli elettroni più esterni, sono meno soggetti ad effetto di attrazione da parte del nucleo se confrontati con quelli degli orbitali interni. Cosa provoca questo effetto? Gli elettroni esterni subiscono la repulsione coulombiana degli elettroni più interni e l’attrazione nucleare risulta affievolita. Quella che subisce l’elettrone è la carica nucleare schermata, che corrisponde a quella che abbiamo affrontato nel paragrafo precedente: la carica nucleare efficace.

Raggio Ionico

Il raggio ionico indica il raggio dell’atomo dopo il processo di ionizzazione, quando è stato privato o aggiunto di elettroni. Il raggio si basa sulla distanza tra i nuclei di ioni uniti da legame ionico e può definirsi come misura di calcolo dei raggi degli ioni con cui l’atomo si lega.

Sottolivello

Quando sentiamo parlare di livelli e sottolivelli nell’ambito della chimica e in particolar modo di ionizzazione e affinità elettronica dobbiamo sapere che queste dizioni corrispondo a un insieme di stati energetici che vengono corrisposti con il valore di n. Ci sono primo, secondo, terzo, etc. livelli di energia.

Il sottolivello indica invece i singoli stati energetici che corrispondono al valore di l e sono possibili per il lavore n. Il numero di sottolivelli di energia presenti in un determinato livello è pari al valore di n.

Non sono concetti semplici per chi studia Giurisprudenza, Psicologia o altre materie lontane dalle dissertazioni tecnico-scientifiche, ma si tratta comunque di discorsi interessanti perché sottendono al funzionamento del mondo materiale con il quale ci interfacciamo costantemente. Un approfondimento di questi temi non fa mai male e siamo felici di sapere che questo articolo ha contributo alla comprensione dell’energia di ionizzazione e di altri aspetti della chimica sconosciuti ai più. Sicuro di non voler intraprendere una carriera scientifica?