La energía de ionización (es decir) es la cantidad mínima de energía requerida para eliminar un electrón de un átomo o molécula en su estado gaseoso. Así es como puede acercarse al calcularlo:
1. Métodos experimentales:
* Espectroscopía de fotoelectrones (PES): Esta técnica mide directamente las energías de ionización de diferentes electrones en un átomo. Implica bombardear la muestra con fotones de energía conocida y analizar la energía cinética de los electrones expulsados. La diferencia entre la energía del fotón y la energía cinética electrónica le brinda la energía de ionización.
* Espectroscopía de impacto de electrones: En este método, se utiliza un haz de electrones para bombardear la muestra. La pérdida de energía de los electrones tras la colisión revela las energías de ionización de la muestra.
2. Cálculos teóricos:
* Métodos de química cuántica:
* HARTREE-FOCK: Este método utiliza una solución aproximada a la ecuación de Schrodinger para determinar la estructura electrónica de un átomo o molécula. La energía de ionización se puede calcular como la diferencia de energía entre el estado neutral y el ionizado.
* Teoría funcional de densidad (DFT): Este método se centra en la densidad de electrones en lugar de la función de onda, ofreciendo un enfoque más eficiente computacionalmente para calcular la energía de ionización.
* Teoría de clúster acoplada: Este método altamente preciso proporciona predicciones altamente precisas de las energías de ionización para sistemas más pequeños.
3. Fórmulas empíricas:
* Teorema de Koopmans: Este simple teorema establece que la energía de ionización es igual a la negativa de la energía orbital molecular (HOMO) de mayor ocupación calculada utilizando la teoría de Hartree-Fock. Esto proporciona una estimación rápida, pero puede ser menos precisa para moléculas más grandes.
4. Tendencias periódicas:
* Tendencias de energía de ionización: Puede predecir las energías de ionización relativa de los elementos utilizando tendencias periódicas.
* En un período: La energía de ionización generalmente aumenta a medida que avanza de izquierda a derecha en un período. Esto se debe a que la carga nuclear efectiva aumenta, atrayendo los electrones con más fuerza.
* Down un grupo: La energía de ionización generalmente disminuye a medida que avanza por un grupo. Esto se debe a que los electrones externos están más lejos del núcleo y experimentan una atracción más débil.
Puntos importantes:
* La energía de ionización es siempre un valor positivo, ya que se requiere energía para eliminar un electrón.
* Cuanto mayor sea la energía de ionización, más difícil es eliminar un electrón del átomo o molécula.
* Las energías de ionización se pueden clasificar adicionalmente como primera, segunda, tercera, etc., dependiendo del número de electrones eliminados.
Ejemplo:
Para calcular la primera energía de ionización del hidrógeno (H), debe determinar la energía requerida para eliminar un electrón de un átomo de hidrógeno en su estado gaseoso.
* Experimentalmente, puede usar PES o espectroscopía de impacto de electrones para medir la energía requerida para eliminar el electrón.
* Teóricamente, puede usar métodos de química cuántica como Hartree-Fock o DFT para calcular la diferencia de energía entre el átomo de hidrógeno neutro (1S1) y el ion de hidrógeno ionizado (1S0).
En resumen, el cálculo de la energía de ionización implica técnicas experimentales, cálculos teóricos, fórmulas empíricas y comprensión de tendencias periódicas. El método específico elegido depende de la precisión deseada y la complejidad del sistema.
