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Energía de ionización: tendencias entre grupos y períodos de la tabla periódica

Publicado el 7 septiembre, 2020

Energía ionizante


Los electrones se mueven a niveles de energía más lejanos cuanto más energía absorbe un átomo.
Absorción de energía atómica

Un día decidió trepar a un árbol en su patio trasero. Quizás tenías ocho años; tal vez fue ayer. De cualquier manera, sobrestimó sus habilidades para escalar, y justo cuando llegaba a la rama superior, cayó al suelo. Unas dolorosas horas más tarde, estás en una sala de rayos X, cubierto con un delantal de plomo, esperando que te hagan una radiografía del brazo . ¿Por qué tuviste que usar ese delantal de plomo? ¿Qué tanto alboroto por los rayos X? No podías sentirlos. No les dolió cuando se tomaron las fotos. ¿Qué le estaban haciendo a tu brazo? En esta lección, cubriremos qué le estaban haciendo esos rayos X a los átomos de su brazo y qué hace que los rayos X sean potencialmente dañinos. También vamos a expandir este conocimiento a la tabla periódica para que podamos usarlo para hacer predicciones sobre los átomos.

El espectro electromagnético

Anteriormente aprendiste que cuando un átomo absorbe energía, sus electrones se mueven hacia los niveles de energía externos. Cuanta más energía absorbe un átomo, más energía absorbe el electrón y más se aleja. Sin embargo, es posible que te haya dejado una pregunta sin respuesta, porque nunca te dije lo que sucede cuando un átomo absorbe demasiada energía. Estoy a punto de explicar eso, pero primero, comencemos revisando algunas de las formas de radiación electromagnética: esta es la fuente de energía.

La radiación electromagnética es solo una forma de energía que viaja a través del espacio. Hay muchos tipos diferentes que tienen diferentes cantidades de energía. Por ejemplo, toda la luz visible tiene una cantidad media de energía, la luz roja tiene la más baja y la violeta la más alta. La radiación electromagnética que tiene incluso más energía que la luz violeta es la luz ultravioleta (UV). Es posible que sepa que la luz ultravioleta puede ser perjudicial para usted, pero la razón es que transporta cantidades muy altas de energía. Más alta que los rayos UV es la energía de los rayos X, e incluso más alta es la radiación de los rayos gamma .

Ionización


El espectro de radiación electromagnética
Espectro de radiación electromagnética

Entonces, ¿qué hacen todas estas formas de radiación electromagnética en los átomos? Las formas que tienen bajas energías solo excitan los electrones de los átomos, lo que hace que se muevan a niveles de energía más altos, cayendo finalmente y liberando energía. Sin embargo, si se agrega demasiada energía a un átomo, los electrones no solo irán a un nivel de energía más alto, ¡dejarán el átomo por completo! Eso es. Ido.

Entonces, ¿cuánta energía se necesita para eliminar electrones de un átomo? Bueno, eso depende del tipo de átomo. Esta cantidad de energía es tan importante que tiene un nombre especial: energía de ionización. La energía de ionización es la cantidad de energía necesaria para eliminar un electrón de un átomo. El electrón que tiene más probabilidades de salir primero del átomo es el que ya está más alejado, por lo que cuando se ioniza , pierde un electrón externo. Debido a que cada átomo está estructurado de manera un poco diferente, cada átomo tendrá una energía de ionización diferente. No necesitará memorizar las cantidades específicas de energía para cada átomo, pero debería ser capaz de identificar y explicar las tendencias de la energía de ionización a medida que avanza por grupos o entre períodos en la tabla periódica.

Tendencias de grupo

Recuerde, un grupo en la tabla periódica es solo una columna. Primero vamos a comparar las energías de ionización de los átomos en la misma columna. Para hacer esto, quiero que imaginen que un átomo es un banco lleno de guardias de seguridad en el sótano; estos serán protones en el núcleo. Los electrones se representarán como dinero ubicado en diferentes pisos del banco, que son nuestros niveles de energía. Los ladrones están tratando de robar este dinero, lo que provocaría la ionización del banco. Además, debería tener sentido que cuanto más fácil sea algo, menos energía se necesita para hacerlo. Entonces, vamos a determinar qué tan fácil será para los ladrones robar el dinero del banco o qué tan fácil es sacar un electrón de un átomo.

Como sabrá, a medida que bajamos por una columna en la tabla periódica, los átomos se hacen más grandes porque tienen más niveles de energía (que son los pisos de nuestro banco). También tenemos más guardias de seguridad (protones), pero están en el sótano (el núcleo), y realmente tendrían problemas para detener a un ladrón que aterrizó en el techo y está tratando de robar dinero del piso superior. Entonces, cuantos más pisos tenga el banco, más fácil será para los atracadores robar el dinero del piso superior, porque los guardias de seguridad no tienen tanto control sobre los pisos superiores como sobre los más cercanos al sótano. En términos de química, cuanto más grande es un átomo, menor será su energía de ionización. A medida que bajamos por una columna en la tabla periódica, los átomos se hacen más grandes, por lo que a medida que bajamos por un grupo (o columna) en la tabla periódica la energía de ionización disminuye. Esto se debe a que esos protones están tan lejos de los electrones externos que su atracción es muy débil.

Tendencias periódicas

A continuación, compararemos los átomos en un período. Tenga en cuenta que solo cuando se mueve hacia abajo en una columna es necesario agregar nuevos niveles de energía (o pisos), por lo que vamos a comparar bancos con el mismo número de pisos pero con un número creciente de guardias de seguridad. ¿Qué banco crees que será más difícil de robar: uno con dos pisos y cuatro guardias de seguridad o uno con dos pisos y diez guardias de seguridad? Creo que se necesitaría mucha más energía para robar un banco con diez guardias de seguridad que cuatro. Entonces, dado que el número de pisos (niveles de energía) sigue siendo el mismo, el banco con más guardias de seguridad (protones) sería el más difícil de robar. En términos de química, dado el mismo número de niveles de energía, cuantos más protones tenga un átomo, mayor será su energía de ionización, por lo que a medida que avanza por un período en la tabla periódica, la energía de ionización aumenta. El neón tiene una energía de ionización más alta que el berilio: el neón tiene diez guardias de seguridad en dos pisos y el berilio solo tiene cuatro guardias de seguridad en dos pisos.


La energía de ionización disminuye al descender por grupos;
aumenta a lo largo de los períodos.
Tabla periodica de los elementos

Los efectos de la radiación ionizante

La radiación electromagnética que tiene la energía de la luz ultravioleta o superior (rayos X y rayos gamma) daña los tejidos vivos porque puede hacer que los átomos pierdan sus electrones. Más adelante aprenderá que los electrones son prácticamente el “pegamento” que mantiene unidos los enlaces. Si los enlaces comienzan a perder electrones, comienzan a romperse. Si tiene suficientes enlaces que se rompen, especialmente en el ADN, pueden ocurrir mutaciones o incluso la muerte celular. Esto es tanto bueno como malo. Las mutaciones del ADN por radiación ionizante pueden causar cáncer. Sin embargo, la radiación ionizante puede usarse en lugares muy específicos en el tratamiento del cáncer al destruir las células cancerosas.

Resumen de la lección

Las tendencias mencionadas en esta lección son muy generales. Siempre habrá excepciones aquí y allá. No se preocupe por memorizar las excepciones, pero siéntase cómodo explicando cuál es la tendencia y por qué.

Entonces, para repasar: a medida que se mueve de arriba hacia abajo en el mismo grupo o columna en la tabla periódica, la energía de ionización disminuirá, lo que significa que será cada vez más fácil eliminar el electrón externo de un átomo. Esto se debe a que estos electrones se eliminan cada vez más lejos del núcleo a medida que los átomos aumentan de tamaño. A medida que se mueve de izquierda a derecha en el mismo período o fila de la tabla periódica, la energía de ionización aumentará. Esto se debe a que los electrones están todos ubicados en los mismos niveles de energía, por lo que los elementos con más protones (los del lado derecho) ejercerán una mayor atracción sobre esos electrones externos, lo que hará más difícil eliminarlos de los átomos.

Los resultados del aprendizaje

Después de ver esta lección, debería poder:

  • Definir radiación electromagnética y explicar por qué algunas de ellas pueden ser dañinas.
  • Definir la energía de ionización y describir la tendencia de la energía de ionización en grupos y períodos de la tabla periódica.

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