Energia di ionizzazione e modello atomico a livelli di energia

Gli ioni sono particelle che presentano una carica elettrica positiva o negativa. Gli ioni positivi si chiamano anche cationi e si formano quando uno o più elettroni vengono allontanati dall’atomo. Gli ioni negativi si chiamano anche anioni e si formano quando uno o più elettroni vengono acquistati dall’atomo

L’energia necessaria per allontanare gli elettroni da atomi liberi si chiama energia di ionizzazione E_i. Più precisamente l’energia di prima ionizzazione E_i’ è l’energia necessaria per allontanare il primo elettrone, l’energia di seconda ionizzazione è quella necessaria per allontanare il secondo elettrone E_i’’ e così via.

X  + E_i’ =  X⁺  +  e^-

X = generico atomo neutro             E_i’ = energia di prima ionizzazione
 X⁺   = ione positivo o catione          e^-     = elettrone allontanato

Lo studio delle energie di prima ionizzazione ha messo in evidenza che queste non dipendono  solo dalla quantità di carica positiva del nucleo, ma anche dalla distanza stessa dell’elettrone dal nucleo dell’atomo. E’ nato così il modello a livelli di energia secondo il quale gli elettroni di un atomo si dispongono in livelli di energia che si trovano a diversa distanza dal nucleo. 

Ogni livello contiene un numero massimo di elettroni e il riempimento avviene sempre a partire dal primo livello che è quello a più bassa energia.

Livello	Numero massimo di elettroni
1	2
2	8
3	8
4	18
5	18
6	32

Si chiama struttura (o configurazione) elettronica la rappresentazione della distribuzione degli elettroni  di un atomo sui diversi livelli di energia

Esempio: l’elemento Cl  (Z = 17)  possiede  17 protoni e quindi 17 elettroni che si troveranno: 2 sul primo livello, 8 sul secondo, 7 sul terzo. I primi due sono livelli completi, il terzo no.

Cl   =    2, 8, 7

Poiché i livelli completi corrispondono all’elemento Ne (Z= 10) la struttura elettronica si può scrivere anche così:

Cl   =    [Ne] 7    

Rappresentazione schematica della distribuzione elettronica nel cloro 

Rivedi la lezione in video:

Quando un atomo assorbe una quantità di energia non sufficiente ad allontanare un elettrone, può accadere che questo lasci il livello che occupa normalmente (stato fondamentale) per passare ad un livello di energia maggiore (stato eccitato). Il fenomeno è detto transizione elettronica ed è temporaneo, infatti l’elettrone ritorna allo stato fondamentale restituendo l’energia assorbita sotto forma di radiazione elettromagnetica. Le transizioni elettroniche possono essere osservate attraverso l’esperienza “Le sostanze che colorano la fiamma”.