1. SEGUNDA ENERGIA DE IONIZACIÓN
Definición y características
En el tema dedicado a la Estructura del átomo se explica el concepto de energías de
ionización y la importancia que tuvo conocerlas para construir el modelo de la estructura
atómica. Las energías de ionización se pueden determinar con gran exactitud mediante
procedimientos experimentales, tales como la espectroscopia fotoeléctrica (aplicación
del efecto fotoeléctrico al estudio del la estructura atómica) o el análisis espectral.
Las energías de ionización de los átomos aislados dependen de tres factores principales: a)
La carga nuclear (dada por el número atómico, Z), puesto que cuanto mayor sea Z, mayor
es la fuerza de atracción que ejerce el núcleo sobre los electrones y por tanto más difícil es
extraerlos. b) El número cuántico principal, n, del estado energético en que se encuentre el
electrón, puesto que cuando mayor sea n, menos ligado se encuentra el electrón al núcleo.
c) El efecto de pantalla de los electrones internos, dado que el electrón que se encuentra
situado en la última capa se ve sometido a la acción repulsiva de los electrones internos.
Las energías de ionización, medidas en átomos
aislados, informan de la estabilidad de las
estructuras electrónicas del átomo. En términos
generales, los metales tienen poca atracción por
sus electrones periféricos, por lo que tienen
energías de ionización bajas frente a los no
metales.
A la izquierda se ha representado la variación de
la primera energía de ionización (medida
en eV/átomo) de los elementos representativos de
los tres primeros periodos del Sistema Periódico.
Como se observa, en cada periodo la tendencia
general es que la energía de ionización aumenta
al aumentar el número atómico. Esto es así
porque al aumentar el número atómico en un
periodo, se incrementa el número de electrones
existentes en un mismo nivel energético (sin
cambiar el número cuántico principal) y aumenta
al mismo tiempo la carga efectiva del núcleo (Z).
Por lo tanto, se intensifica la interacción atractiva

2. entre el electrón menos ligado y el núcleo. Por
estas razones, los metales alcalinos (grupo I) son
los elementos con menor energía de ionización.
En el extremo opuesto, los gases nobles son, con
mucho, los elementos con mayor energía de
ionización, al tener las estructuras electrónicas
más estables.
Respecto a la variación de la primera energía de
ionización dentro de cada familia, la tendencia
general es que dicha energía disminuye al
aumentar el número atómico. Al aumentar el
número atómico dentro de una familia, aumenta
el número de niveles y cambia el número
cuántico principal. El último electrón está a una
distancia mayor del núcleo y el resto de
electrones (más internos) ejercen sobre él un gran
poder de apantallamiento. Aunque también
aumenta la carga nuclear, la intensidad de la
interacción núcleo-electrón se resiente.
El gráfico de la izquierda muestra la variación de
la energía de ionización en los elementos
alcalinos. En las otras familias, la tendencia es
análoga.
Nos referimos ahora a las energías de ionización posteriores a la primera (recuérdese que la
primera energía de ionización es la mínima energía que hay que suministrar a un átomo
neutro, en su estado fundamental, para arrancarle el primer electrón; la segunda energía de
ionización es la energía precisa para sustraer el segundo electrón y así sucesivamente).
Lógicamente, la primera energía de ionización, que corresponde a la extracción del electrón
más alejado del núcleo, es la menor; la segunda es mayor que la primera; la tercera mayor
que la segunda; y así sucesivamente. A medida que se extraen electrones, los que quedan
son más atraídos por el núcleo (que no cambia), puesto que se encuentran más próximos a
él, y sufren menos repulsión por el apantallamiento de los electrones restantes, colocados
por debajo de ellos.

3. La segunda energía de ionización (
, que supone la extracción del segundo electrón, es
superior a la primera porque el átomo se ha convertido previamente en un catión (con carga
positiva) y su atracción por el electrón será mayor oponiendo mayor resistencia a su
extracción. Esto es, es más difícil extraer un electrón de un ión cargado positivamente
(e.g.
que de un átomo neutro ( ).
El valor de la energía de ionización está fuertemente condicionado por el tipo de
configuración electrónica que se destruye al arrancar el electrón. Por ejemplo la segunda
energía de ionización
de los metales alcalinos es relativamente mayor que la de otros
elementos porque supone la destrucción del octeto de la penúltima capa, el cual es
especialmente estable. Por ello las diferencias de energía de ionización para sucesivas
etapas de extracción electrónica varia enormemente de un elemento a otro. Por ejemplo la
extracción del segundo electrón del ión sodio (
) requiere diez veces más de energía
que para remover el primero del átomo neutro de sodio (
) (4562 versus 496 kJ/mol),
pero la extracción del segundo electrón del magnesio requiere solo dos veces más de
energía que el primero (1451 versus 738 kJ/mol).
La segunda energía de ionización representa la energía necesaria para arrancar un
segundo electrón y su valor es siempre mayor que la primera, ya que el volumen de un ión
positivo es menor que el del átomo neutro y la fuerza electrostática es mayor en el ión
positivo que en el átomo, ya que se conserva la misma carga nuclear:
X+ + 2ªE.I.
X2+ + e-
Puedes deducir tú mismo el significado de la tercera energía de ionización y de las
posteriores.
La energía de ionización se expresa en electrón-voltio, julios o en Kilojulios por mol
(kJ/mol).

4. 1 eV = 1,6.10-19 culombios . 1 voltio = 1,6.10-19 julios
En los elementos de una misma familia o grupo la energía de ionización disminuye a
medida que aumenta el número atómico, es decir, de arriba abajo.
En los alcalinos, por ejemplo, el elemento de mayor potencial de ionización es el litio y el
de menor el francio. Esto es fácil de explicar, ya que al descender en el grupo el último
electrón se sitúa en orbitales cada vez más alejados del núcleo y, además, los electrones de
las capas interiores ejercen un efecto de apantallamiento frente a la atracción nuclear sobre
los electrones periféricos por lo que resulta más fácil extraerlos.
En los elementos de un mismo periodo, la energía de ionización crece a medida que
aumenta el número atómico, es decir, de izquierda a derecha.
Esto se debe a que el electrón diferenciador está situado en el mismo nivel energético,
mientras que la carga del núcleo aumenta, por lo que será mayor la fuerza de atracción y,
por otro lado, el número de capas interiores no varía y el efecto de apantallamiento no
aumenta.
Sin embargo, el aumento no es continuo, pues en el caso del berilio y el nitrógeno se
obtienen valores más altos que lo que podía esperarse por comparación con los otros
elementos del mismo periodo. Este aumento se debe a la estabilidad que presentan las
configuraciones s2 y s2p3, respectivamente.
La energía de ionización más elevada corresponde a los gases nobles, ya que su
configuración electrónica es la más estable, y por tanto habrá que proporcionar más energía
para arrancar un electrón. Puedes deducir y razonar cuáles son los elementos que presentan
los valores más elevados para lasegunda y tercera energías de ionización.