La capacidad de un elemento para desprenderse de sus electrones más externos para formar iones positivos se manifiesta en la cantidad de energía suministrada a sus átomos lo suficiente como para extraerles los electrones. Esta energía se conoce como Energía de ionización. En términos simples, la energía de ionización es la energía suministrada a un átomo o molécula aislado para eliminar su electrón de valencia más suelto y formar un ión positivo. Su unidad es electrón-voltio eV o kJ/mol y se mide en un tubo de descarga eléctrica en el que un electrón de movimiento rápido choca con un elemento gaseoso para expulsar uno de sus electrones. Cuanto menor sea la energía de ionización (IE), mejor será la capacidad de formar cationes.
Esto puede explicarse con el El modelo Bohr de un átomoen el que considera un átomo parecido al hidrógeno en el que un electrón gira alrededor de un núcleo cargado positivamente debido a la fuerza de atracción del columbio y el electrón sólo puede tener niveles de energía fijos o cuantificados. La energía de un electrón modelo de Bohr se cuantifica y se da como sigue :
Donde, Z es el número atómico y n es el número cuántico principal donde n es un número entero. Para un átomo de hidrógeno, la energía de ionización es de 13,6eV.
La energía de ionización (eV) es la energía necesaria para llevar el electrón desde n = 1 (estado terrestre o estado más estable) hasta el infinito. Por lo tanto, tomando la referencia 0 (eV) al infinito, la Energía de Ionización puede escribirse como :
El concepto de Energía de Ionización apoya la evidencia del modelo de Bohr del átomo de que el electrón puede girar alrededor del núcleo en un nivel de energía fijo o discreto o en conchas representadas por el número cuántico principal n. A medida que el primer electrón se aleja de la vecindad del núcleo positivo, se requiere entonces mayor energía para eliminar el siguiente electrón suelto a medida que aumenta la fuerza electrostática de atracción, es decir, la segunda Energía de Ionización es mayor que la primera.
Por ejemplo, el primer energía de ionización de sodio (Na) se da como : 
Y su segunda energía de ionización es 
Por lo tanto, el IE2 > IE1 (eV). Esto también es cierto si hay un número K de ionizaciones, entonces el IE1 < IE2 < IE3…< IEk
Los metales tienen una baja energía de ionización. La energía de ionización baja implica una mejor conductividad del elemento. Por ejemplo, la conductividad de la Plata (Ag, número atómico Z = 47) es 6.30 107 s/m y su energía de ionización es de 7.575 eV y para el Cobre (Cu, Z = 29) es de 5.76 107 s/m y su energía de ionización es de 7.726 eV. En conductores la baja energía de ionización hace que los electrones se muevan a través de la red cargada positivamente, formando una nube de electrones.
Factores que afectan a la energía de ionización
En la tabla periódica, la tendencia general es que la energía de ionización aumenta de izquierda a derecha y disminuye de arriba a abajo. Así que los factores que afectan a la energía de ionización se pueden resumir a continuación:
- El tamaño del átomo: La energía de ionización disminuye con el tamaño del átomo porque a medida que el radio atómico aumenta, la fuerza de atracción del columbio entre el núcleo y el electrón más externo disminuye y viceversa.
- Efecto de escudo: La presencia de los electrones de la cubierta interior protegen o debilitan la fuerza de atracción columbia entre el núcleo y los electrones de la cubierta de valencia. De ahí que energía de ionización disminuye. El número de electrones internos significa más blindaje. Sin embargo, en el caso del oro, la energía de ionización es mayor que la de la plata, incluso si el tamaño del oro es mayor que el de la plata. Esto se debe al débil blindaje que ofrecen las órbitas d y f interiores en el caso del oro.
- Carga nuclear: Cuanto mayor sea la carga nuclear, más difícil será ionizar el átomo debido a la mayor fuerza de atracción entre el núcleo y los electrones.
- Configuración electrónica: Cuanto más estable sea la configuración electrónica del átomo, más difícil es retirar un electrón y por lo tanto más energía de ionización.
