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Il raggio di uno ione negativo è sempre maggiore di quello dell’atomo
neutro, poiché l’eccesso di elettroni (rispetto ai protoni) riduce la capacità
di attrazione elettrostatica del nucleo su ognuno di essi, causando una
espansione della nuvola elettronica.
Il raggio di uno ione positivo è sempre inferiore a quello dell’atomo
neutro, poiché la riduzione del numero di elettroni permette al nucleo di
attrarre più intensamente ognuno di essi, causando una contrazione della
nuvola elettronica. Una netta riduzione del raggio ionico è spesso deter-
minata dalla scomparsa di tutti gli elettroni del livello più esterno.
3.3
Energia di ionizzazione
Un atomo neutro possiede lo stesso numero di protoni e di elettroni; può
però acquisire una carica elettrica, diventando uno ione. Se perde uno o più
elettroni diventa un
catione
, con una o più cariche positive, se acquista uno
o più elettroni si trasforma in un
anione
, con una o più cariche negative.
Nel 1914, i fisici tedeschi James Franck e Gustav L. Hertz, per mezzo di
un tubo a raggi catodici, dimostrarono sperimentalmente che è necessario
fornire energia per estrarre elettroni dagli atomi (
10
).
4
Scegli tra le due alternative.
Uno ione positivo ha raggio maggiore/minore
di quello dell’atomo da cui deriva.
Uno ione negativo ha raggio maggiore/minore
di quello dell’atomo da cui deriva.
Facciamo il punto
alla pompa a vuoto
flusso di
elettroni
griglia
atomi
di gas
filamento
+ –
–
+
misuratore
di corrente
placca
+
Figura 10
Tubo a raggi catodici per la misurazione
dell’energia di ionizzazione. Gli elettroni emessi dal
filamento (catodo), urtando atomi di gas entro il tubo, li
ionizzano perdendo energia. Il calo di energia corrisponde
all’energia di ionizzazione e viene rilevato come una
diminuzione dell’intensità di corrente nel circuito esterno.
Si definisce
energia di prima ionizzazione
l’energia che occorre fornire
a un atomo isolato per allontanare da esso uno degli elettroni più esterni.
L’energia di ionizzazione è solitamente misurata in kJ/mol: i valori espressi
in questa unità di misura rappresentano l’energia che si deve spendere, per
ogni mole di atomi allo stato gassoso, per strappare a ciascuno un elettrone.
Nel caso del potassio, per esempio, l’energia di prima ionizzazione è
E
i
1
419 kJ/mol. Si scrive perciò:
K 419 kJ/mol
→
K e
per indicare che, fornendo 419 kJ di energia a una mole di atomi K allo stato
gassoso, si ottengono una mole di ioni K allo stato
gassoso e una mole di elettroni liberi.
La
11
e la
12
evidenziano che, nella TP, i va-
lori dell’energia di prima ionizzazione diminuiscono
in un gruppo dall’alto verso il basso e aumentano in
un periodo da sinistra verso destra. Ciò significa che,
nel gruppo, è tanto più facile sottrarre un elettrone
all’atomo quanto più l’elemento si trova in basso; nel
periodo, è tanto più difficile strappare un elettrone
all’atomo quanto più l’elemento si trova a destra.
Perché?
Nel gruppo, a mano a mano che si scende aumen-
tano le dimensioni dell’atomo e di conseguenza, in
base alla legge di Coulomb, si riduce l’attrazione
esercitata dal nucleo sugli elettroni esterni; inol-
tre, come abbiamo già visto per il raggio atomico,
2500
2000
1500
1000
500
0
0
10 20 30 40 50 60 70 80 90
numero atomico
energia di prima
ionizzazione (kJ/mol)
He
H
Li
B
Be
C
N
F
Ne
Ar
Kr
Xe
Hg Rn
Fr
Cd
Cs
Rb
Zn
Mg
Na
Al
Si
S
P
Cl
K
O
Figura 11
Andamento dell’energia di prima ionizzazione in
funzione del numero atomico.
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