domingo, 2 de Dezembro de 2007

Ionização

A ionização é um processo químico-físico mediante o qual se produzem iões, átomos ou moléculas electricamente carregadas, devido ao excesso ou falta de cargas a partir de átomos ou moléculas neutras. Há várias maneiras pelas quais se podem formar iões. Em certas reacções químicas a ionização ocorre por transferência de electrões, por exemplo, os átomos de cloro reagem com átomos de sódio para formar cloreto de sódio, com transferência de electrões do sódio para o cloro formando iões de sódio (Na+) e iões de cloro (Cl -). Assim, um ião é um átomo ou molécula que perdeu ou ganhou electrões. Chama-se anião quando carregado negativamente e catião quando carregado positivamente. Em física, núcleos atómicos provenientes de átomos completamente ionizados como os da radiação alfa, são habitualmente designados como partículas carregadas. A ionização é geralmente alcançada pela aplicação de elevadas energias aos átomos, seja através de uma alta tensão eléctrica ou por via de radiação de alta energia. Um gás ionizado é chamado plasma.

A energia necessária para remover electrões de um átomo é chamada energia de ionização, ou potencial de ionização. As energias de ionização decrescem ao longo de um grupo da Tabela Periódica, e aumentam da esquerda para a direita ao longo de um período. Estas tendências são o exacto oposto das tendências para o raio atómico. Electrões em átomos menores são atraídos mais fortemente para o núcleo, e portanto a energia de ionização é mais elevada. Em átomos maiores, os electrões não estão presos com tanta força, e portanto a energia de ionização é mais baixa.

A primeira energia de ionização é a energia necessária para remover um electrão, a segunda para remover dois, e assim sucessivamente. As energias de ionização posteriores são sempre maiores que a anterior. Por esta razão, os iões tendem a formar-se só com certas configurações. Por exemplo, o sódio encontra-se na forma Na+, mas não, geralmente, na forma Na2+ devido à grande quantidade de energia de ionização que seria necessária. Do mesmo modo, o magnésio encontra-se como Mg2+, mas não como Mg3+ e o alumínio pode existir como um catião Al3+. Em física, uma forma de ionização é produzida pelas radiações ionizantes que transferem energia suficiente para separar um electrão de seu átomo. A ionização é, portanto, a formação de um par de iões, o negativo (electrão livre) e o positivo (o átomo sem um de seus electrões).

De acordo com a física clássica, é absolutamente necessário que a energia do electrão exceda a diferença da energia da barreira de potencial para salta-la.

A energia requerida para liberar um electrão é maior ou igual à diferença potencial entre o orbital atómico ou molecular actual e o orbital possível ao salto. Se a energia absorvida exceder este potencial, o electrão será emitido como um electrão livre. Se não, o electrão incorpora momentaneamente um estado excitado até que a energia absorvida seja re-irradiada e ele volte o estado mais baixo. Logo, um electrão livre deve ter uma energia maior ou semelhante àquela da barreira potencial para continuar "livre". A ionização sequencial é basicamente uma descrição da ionização de um átomo ou de uma molécula. Mais especificamente significa que um ião com uma carga +2 pode somente ser criado de um ião com uma carga +1 ou uma carga +3. Isto é, a carga numérica de um átomo ou de uma molécula deve mudar sequencialmente, sempre movendo-se de um número a um número adjacente, ou sequencial.

Ao contrário da ionização clássica, na quântica o electrão simplesmente atravessa a barreira potencial em vez de saltá-la, por causa de sua natureza ondulatória, pois, a probabilidade de um electrão passar através da barreira, é exponencial em relação à sua largura. Consequentemente, um electrão com uma energia mais elevada, aparentemente "atravessa" a barreira como se fosse através de um túnel. Quando o campo eléctrico é combinado com a ionização "túnel", o fenómeno não sequencial emerge. Por exemplo, um electrão sai para fora de um átomo ou de uma molécula emitido como onda, pode recombinar com o átomo ou molécula contígua e liberar toda a energia adicional, ou tem também a possibilidade de ionizar mais de um átomo ou molécula com as colisões da energia elevada. Esta ionização adicional é considerada ionização não sequencial por duas razões:



  • Não há nenhuma ordem de como um segundo electrão é removido de um átomo ou de uma molécula com uma carga;
  • Podem ser criados em linha recta de um átomo ou de uma molécula, uma carga neutra, assim que as cargas não são sequenciais.
Exemplos de ionização:

Na ionização de um ácido, por exemplo, a molécula de água é responsável por capturar um hidrogênio que está polarizado positivamente no ácido, formando o ião hidroxônio (H3O+) e um anião (A-, sendo A um elemento ou composto presente no ácido).
  • HA(aq) + H2O(l) → H3O+(aq) + A-(aq)

No que se refere à radiação, há uma forma de ionização produzida pelas radiações ionizantes que tranferem muita energia ao átomo atingido e deixam-no instável, podendo gerar a fissão nuclear. Esse tipo de ionização é muito perigoso para os seres vivos, podendo gerar mutações genéticas e cancro. O exemplo a seguir é uma equação química que representa a ionização radioativa:

  • 20Ca40 + Radiação ionizante → 2α4 + 18Ar36

Pode-se também fornecer energia para o átomo libertar os seus elétrões. Inclui-se aqui a propriedade periódica nergia de ionização ou potencial de ionização, que diz quanta energia é necessária para retirar um elétrão do átomo.

Uma carga eléctrica positiva é produzida quando o limite de carga do electrão num átomo, ou molécula, absorve energia suficiente de uma fonte externa para escapar da barreira de potencial. A quantidade de energia absorvida deve ser igual ao potencial de ionização. Uma carga eléctrica negativa é produzida quando um electrão livre colide com um átomo e é capturado subsequentemente dentro da barreira potencial eléctrica, libertando toda a energia adicional.

Agentes de ionização na ionosfera

O SOL


O maior agente de ionização da ionosfera, é o Sol, cujas radiações nas bandas de raios X, e luz ultravioleta, inserem grande quantidade de electrões livres no meio. Os meteoritos e raios cósmicos (Figura acima) também são responsáveis pela presença secundária de iões na região. A energia provinda do Sol inclui todos os tipos de radiação, não apenas a luz visível.

Basicamente, a atmosfera compõe-se de oxigénio e de nitrogénio em estado molecular nas menores altitudes e em estado atómico nas altas altitudes. Os seus componentes absorvem os raios ultravioletas e os raios X de origem solar. No processo, os electrões são retirados das moléculas ou dos átomos pelo chamado ''efeito fotoeléctrico'', ocorrendo assim o processo da ionização.

Os processos de ionização ocorrem, nas regiões delgadas da atmosfera, acima de 60 km em que se formam ''camadas'' iónicas, por isso à região é dado o nome de ionosfera, que na parte inferior chama-se neutrosfera.


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