Propiedades periodicas:Energía de ionización y electronegatividadJuan Barbosa | Universidad de los Andes

Definiciones

Energía de ionización: Se define como la energíamínima requerida para expulsar un electrón de unátomo neutro. (IUPAC, 2012)

Electronegatividad: Es una propiedad química querelaciona la capacidad de un átomo para atraerelectrones hacia él cuando hace parte de uncompuesto. (Atkins, 2006)

ProjectoExisten varias formas de medir las propiedades de los átomos; para elcaso de la electronegatividad existe una amplia variedad de propuestasdonde históricamente se ha aplicado la de Pauling, que tiene en cuentalas energías de disociación de moléculas covalentes, sin embargo en1989 el químico Leland C. Allen propuso una definición diferente para laelectronegatividad, siendo esta la energía promedio de un electrón devalencia en el estado basal de un átomo libre. (Allen, 1989).

Con la proposición de Allen resulta posible calcular la electronegatividadde diferentes átomos a partir de información espectroscópica,matemáticamente se expresa de la siguiente manera, donde 𝑚𝑚 y 𝑛𝑛 son elnúmero de electrones de los niveles 𝑝𝑝 y 𝑠𝑠 correspondientemente. De lamisma forma 𝜖𝜖𝑝𝑝 es la energía promedio de los electrones del nivel 𝑝𝑝.

𝜒𝜒𝑠𝑠𝑝𝑝𝑠𝑠𝑠𝑠 =𝑚𝑚𝜖𝜖𝑝𝑝 + 𝑛𝑛𝜖𝜖𝑠𝑠𝑚𝑚 + 𝑛𝑛

En el caso del hidrógeno, 𝜒𝜒𝑠𝑠𝑝𝑝𝑠𝑠𝑠𝑠 = 2𝜖𝜖𝑠𝑠 puesto que el hidrógeno moleculartiene dos electrones en el nivel de energía 𝑠𝑠.

Materiales

Procedimiento

Realizar la toma de espectro

Paso 1

Determinarlas

longitudes de onda de

emisión

Paso 2

Realizar una gráfica

de 𝑓𝑓(Δ𝑓𝑓)

Paso 3

Extrapolar los hasta 𝑓𝑓(0)

Paso 4

Resultados

Usando la ecuación 2 y el parámetro b de la recta se obtiene un valor de5.07× 10−19J por átomo de hidrógeno lo que equivale a 306 kJ/mol.

El valor anterior tiene en cuenta un átomo exitado en su nivel de energía2, con la misma consideración se puede calcular el valor 2𝜖𝜖𝑠𝑠 el cual tieneun valor de 612 kJ/mol, multiplicando por 1.75× 10−3 mol/kJ para darunidades consistentes con Pauling se obtiene un valor de 1.07 para laelectronegatividad del hidrógeno. (Electronegativity, 2014)

Conclusiones• Se determinó que la energía necesaria para quitarle un electrón a un

átomo de hidrógeno que se encuentra excitado en su nivel de energía𝑛𝑛=2 es 306 kJ/mol y su electronegatividad de Allen 1.07.

• Teniendo en cuenta que el valor reportado equivale a 1312 kJ/moldesde el estado basal, la energía de un fotón emitido desde 𝑛𝑛=2 a 𝑛𝑛=1ser de 1006 kJ/mol y debe ser emitido a una longitud de onda de119nm. Lo cual equivale a un error de 2.2% respecto al valor de Ly-𝛼𝛼.(Draine, 2011).

Referencias• Allen, L. (1989). Electronegativity is the average one-electron energy of the valence-shell electrons in

ground-state free atoms. Journal of the American Chemical Society, 9003-9014.• Atkins, P., & Paula, J. (2006). Atkins' Physical chemistry (8th ed.). Oxford: Oxford University Press.• Draine, B. (2011). Physics of the interstellar and intergalactic medium. Princeton, N.J.: Princeton

University Press.• Electronegativity. (2014, November 19). Recuperado el día 20, 2014, de

http://en.wikipedia.org/wiki/Electronegativity• Hydrogen's Atomic Emission Spectrum. (n.d.). Recuperado en November 21, 2014, de

http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Atomic_Theory/Hydrogen's_Atomic_Emission_Spectrum

• IUPAC. (2006). IUPAC compendium of chemical terminology the gold book. (Version 2.3.2. ed.). Research Triangle Park, N.C.: International Union of Pure and Applied Chemistry.

(1)

La imagen anterior muestra los diferentes niveles de energía de las líneasBalmer (espectro visible del hidrógeno), ellas indican saltos en los nivelesde energía del electrón desde n=𝑥𝑥 a n=2 donde H𝛼𝛼 corresponde con 𝑥𝑥=3,H𝛽𝛽 con 𝑥𝑥=4 y así sucesivamente.

Cuando 𝑛𝑛 tiende a infinito los cambios de energía entre 𝑛𝑛 y 𝑛𝑛 − 1 se hacencada vez más pequeños, formalmente en el infinito el electrón deja dehacer parte del átomo y se alcanza la energía de ionización, la frecuenciadonde esto ocurre se relaciona con la energía de la siguiente manera(Hydrogen's Atomic Emission Spectrum, 2014):

Δ𝐸𝐸 = ℎ𝑓𝑓 = ℎ𝑐𝑐𝜆𝜆

Con los espectrógrafos de la universidad es posible alcanzar a observarúnicamente hasta H𝛿𝛿 el cual corresponde al salto de n=6 a n=2, por locual la determinación de la electronegatividad se hace a partir de laextrapolación.

• Espectrógrafo eShel

• Espectrógrafo deepSky

• Lámpara de Hidrógeno

Adaptado de: http://chemwiki.ucdavis.edu/Physical_Chemistry/Atomic_Theory/Hydrogen%27s_Atomic_Emission_Spectrum

y = -1.94x + 7.66E+14R² = 0.9985

0.00E+00

2.00E+14

4.00E+14

6.00E+14

8.00E+14

0.00E+00 6.00E+13 1.20E+14 1.80E+14

f (H

z)

Δf (Hz)

0.00E+00

2.00E+14

4.00E+14

6.00E+14

8.00E+14

0.00E+00 6.00E+13 1.20E+14 1.80E+14

f (H

z)

Δf (Hz)

(2)

-2.00E+14

0.00E+00

2.00E+14

4.00E+14

6.00E+14

8.00E+14

0.00E+00 2.00E+14 4.00E+14 6.00E+14

f (H

z)

Δf (Hz)