Tabla periódica con primeras energías de ionización

Qué significa la primera energía de ionización

La primera energía de ionización es la energía necesaria para arrancar el electrón menos retenido de un átomo neutro en fase gaseosa: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Los valores de aquí están en electronvoltios por átomo; para convertirlos a los kilojulios por mol que se usan en muchos libros de texto, multiplica por 96,485. Cada casilla muestra el valor en eV, y el lawrencio y los elementos más pesados, sin valor indicado, muestran un guion.

Arrancar un segundo electrón siempre requiere más energía que el primero, y el salto es enorme cuando el siguiente electrón saldría de una capa interna llena. El sodio pierde un electrón con facilidad pero casi nunca un segundo, y por eso forma Na⁺ y no Na²⁺.

La tendencia a lo largo de los períodos y al bajar por los grupos

La energía de ionización aumenta a lo largo de un período. La carga nuclear crece mientras los electrones externos permanecen en la misma capa, por lo que están más fuertemente retenidos. Los períodos 2 a 6 empiezan cada uno con un metal alcalino, que tiene el valor más bajo de su fila, y terminan con un gas noble, que tiene el más alto.

La energía de ionización disminuye al bajar por un grupo. Cada nueva capa sitúa el electrón externo más lejos del núcleo y detrás de más electrones internos, así que es más fácil de arrancar. Por eso los metales alcalinos reaccionan con el agua con más violencia cuanto más abajo están en el grupo 1.

Excepciones a la tendencia

Dos pequeñas caídas interrumpen el aumento a lo largo de cada período. El boro tiene una energía de ionización menor que el berilio (8,298 eV frente a 9,323 eV) porque su electrón externo está en un subnivel 2p, de mayor energía y parcialmente apantallado por los electrones 2s. El oxígeno tiene un valor menor que el nitrógeno (13,618 eV frente a 14,534 eV) porque su cuarto electrón 2p tiene que compartir orbital, y la repulsión entre los electrones apareados hace que uno sea más fácil de arrancar. Las mismas caídas aparecen en el período 3, del magnesio al aluminio y del fósforo al azufre.

Más abajo, los elementos que vienen después de un subnivel d o f lleno retienen sus electrones con más fuerza de lo esperado, porque los electrones d y f apantallan mal el núcleo. El galio es ligeramente más difícil de ionizar que el aluminio, y el oro mucho más que la plata.

Ejemplo resuelto: el sodio

La primera energía de ionización del sodio es 5,139 eV. Al multiplicar por 96,485 se obtienen unos 495,8 kJ/mol, el valor que aparece en la mayoría de los libros de texto. Compáralo con el neón, el gas noble que lo precede, con 21,565 eV: arrancar un electrón al neón supone romper una capa llena, lo que requiere unas cuatro veces más energía.