Ionizazioa da kimikan eta fisikan oinarriko kontzeptua, elektrikoki neutralen atomo edo molekulak elektrikoki kargatutakoetara bihurtzea deskribatzen duena. Ionizazioa gertatzen da atomo edo molekula bat elektron bat edo gehiago irabazi edo galduenean, positiboki edo negatiboki kargatuta geratzen denean. Kargatutako atomo edo molekula horri ion deritzegun.

Ionizazioa modu desberdinetan gertatu daiteke, adibidez, kolisioetan, erreakzio kimikoetan edo elektromagnetikoaren erradiazioari ekidin. Ionizazioak papel garrantzitsu bat jolatzen du fenomeno askotan, hala nola aurorak, ionosferaren komunikazioa, masen espektrografia, erradioterapia eta fusio nuklearra.

Artikulu honetan, ionizazio-prozesua zehazki azalduko dugu, sodio klorigo (NaCl) adibide gisa. Horrez gain, ionizazio-prozesua eragiten duten faktoreak azalduko ditugu, hala nola ionizazio-energia eta erlatiboko permittibitatea. Azkenik, ionizazioen adibide batzuk kontextu desberdinetan emango ditugu.

Zer da Ionizazio-Prozesua?

Ionizazio-prozesua elektronen traspasoa da atomotarako edo molekulartarako. Prozesu hau azaldu arte, sodio klorigo (NaCl) kasua hartuko dugu, gure eguneroko bizitzan erabiltzen dugun sal gorria da.

Sodio klorigoak sodio (Na) atomoak eta kloro (Cl) atomoak ditu, elektroestatikoaren indarrarekin elkar lotuta. Na eta Cl-ren zenbaki atomikoak 11 eta 17 dira, hots, 11 eta 17 elektron dituzte bere nukleiaren inguruan orbitatzen.

Elektronen hedapena beheko irudian ageri da. Elektronak nukleiaren inguruan energien mailen arabera banatuta daude. Kanpoeko gelaxka, valente gelaxka deitzen da, eta atomoaren ezaugarri kimikoak zehazten ditu.

Irudiaren arabera, Na atomoak soilik bat elektron ditu bere valente gelaxkan, Cl atomoak zazpi elektron ditu bere valente gelaxkan. Konfigurazio estabil batera heltzeko, atomoek tendentzia daukate bere valente gelaxkan zortzi elektron izateko, oktetuaren araua jarraituz.

Beraz, Na eta Cl atomoak estabilak edo kimikoki aktiboak dira. Elkarrengandik hurbil egonenean, elektroen traspasoak barne duen erreakzio kimiko bat gertatzen da.

Na atomoak bere valente elektrona galdu eta karga positiboko ion (Na+) bihurtzen da, Cl atomoak elektrono bat lortu eta karga negatiboko ion (Cl-) bihurtzen da. Prozesu hau ionizazio deritzegun.

Na+ eta Cl- ionak elektroestatikoaren indarrekin elkarrekiko atrahitzen dira, NaCl molekulatzat formatuta. Indar hauen produktuaren proportzionala da, eta beren distantziaren karratuaren alderantzizkoa, Coulomben legearen arabera.

Coulomben legearen ekuazioa hau da:

Non F indarra den, Q1 eta Q2 kargak, r distantzia, eta εr erlatiboko permittibitatea.

Erlatiboko permittibitatea (dielektriko konstantea ere deitzen zaio) material bat zerrendan elektro-indarraren neurria txikitzen duela neurtzen du. Erlatiboko permittibitatearen balioa vakuumetan 1 da definizioz.

Erlatiboko permittibitateak ionen arteko elektroestatikoaren indarren intentsitatea eragiten du. Adibidez, airearen erlatiboko permittibitatea 1.0006 inguru da, uraren erlatiboko permittibitatea 20°C-n 80 inguru da.

Honek esan nahi duenez, NaCl uran erretitzen denean, Na+ eta Cl- ionen arteko elektroestatikoaren indarra airean baino 80 aldiz gutxiago da. Honek ondorio du ionak elkarrekin bereizten direla eta soluzioan askea mugitzeko aukera dutela.

Ionizazio-Energia eta Bere Faktoreak

Ionizazio-prozesua eragiten duten faktore bat da ionizazio-energia. Ionizazio-energia elektron bat erabat isolatutako gas-atomo edo molekulatik kendu ahal izateko behar den energia da. Ionizazio-energia arruntzat kJ/mol unitateetan adierazten da, edo moleko atomu guztiek elektrono bat galdu ahal izateko behar den energia.

Ionizazio-energia zenbait faktoreen mendean dago, hala nola zenbakia atomikoa, erradio atomikoa, elektronen konfigurazioa eta barruko elektronen eskualdea. Faktore hauek nukleok valente elektronen mantentzeko moduan eragina duen eta zer moduan ahalbidetu daitezkeen eragiten dute.

Ionizazio-energia orokorrean periodotik ezkerretik eskuinera handitu eta talde batetik goitik behera jaitsita murriztu egiten da. Honek esan nahi du:

• Zenbakia atomikoa periodotik ezkerretik eskuinera handitu, hots, nuklearra kargatuta egon da, eta valente elektronak nuklearrei gehiago atrahitzen dituzte.

• Erradio atomikoa periodotik ezkerretik eskuinera murriztu, hots, valente elektronak nuklearrengandik hurbilago daude eta ateratzeko zailagoa da.

• Elektronen konfigurazioa periodotik ezkerretik eskuinera aldatu, hots, zenbait elementu konfigurazio ohiko edo erdi beteta dituzte, eta horiei atera ahal izateko behar den energia gehiago da.

• Barruko elektronen eskualdea talde batetik goitik behera jaitsita handitu, hots, valente elektronak nuklearren kargatik gutxiago eragiten diete eta ateratzeko erraza da.

Tendentsia orokorrean zenbait salbuespen daude, hala nola alkaline earth metals (taldea 2) eta nitrogen group elements (taldea 15). Elementu hauek beren elementu bitarteko kargatuen ionizazio-energiarekin alderatuta ionizazio-energi handiagoa dute, ordea, konfigurazioa beteta edo erdi beteta badute, estabilagoa da eta ionizazioari erresistentzia handiagoa ematen die.

Ionizazio-energia elementuen portaeraren kimikoa ulertzeko garrantzitsu da, eta beste elementu batzuekin ioneen kovalente edo ionikoak sortzeko tendentsia. Ionizazio-energi baxuko elementuek elektronak galdu eta ion positiboak (katior) sortzen dituzte, ionizazio-energi altuko elementuek elektronak lortu eta ion negatiboak (anior) sortzen dituzte. Ionizazio-energi antzeko elementuek elektronak partekatu eta bond kovalenteak sortzen dituzte.

Adibidez, sodio (Na) 496 kJ/mol ionizazio-energi baxuko du, kloro (Cl) 1251.1 kJ/mol ionizazio-energi altuko du. Erreakzioan gero, sodio elektron bat galdu eta Na+ bihurtzen da, kloro elektron bat lortu eta Cl- bihurtzen da. Elektroestatikoaren indarren artean kargatuen aurpegiera ioniko bat sortzen dute.

Beste aldetik, karbono (C) eta oxigeno (O) ionizazio-energi antzeko 1086.5 kJ/mol eta 1313.9 kJ/mol dituzte. Erreakzioan gero, elektronak partekatu eta orbitalen artean batera joan daitezke. CO2 (karbono dioksido) edo CO (karbono monoxido) molekulak sortzen dituzte.

Bi elementuren arteko ionizazio-energiaren aldea erabil daiteke bond mota predikatzeko. Aldea handia (>1.7) ioniko bond bat adierazten du, aldea txikia (<0.4) kovalente bond ez polarra, eta aldea artetik (0.4-1.7) kovalente bond polarra.

Ionizazioen Adibideak Kontextu Desberdinetan

Ionizazioa kontextu desberdinetan gertatu daiteke, hala nola naturan, teknologian eta laborategi-en probaketaetan. Hemen adibide batzuk ionizazioen situazio desberdinetan:

• Naturan, ionizazioa gertatu daiteke atomo edo molekulak kosmikoaren erradiazio energi handiarekin, Eguzkiaren edo beste iturri batzuekin ekidin. Adibidez, Eguzkiaren errantza, Eguzkitik emititzen diren ioneen osatua, Lurreko atmosferaren goien mailako atomo eta molekulak ionizatu dezake, plasma bat sortuz, ionosfera deitzen dena. Ionosfera erradiotik radio ikusgarriak eta nabigazioa posible egiten du. Ionizazio naturala besterik aurorak, aurpegi kolorezko luzaren erakutsiak, Eguzkiaren magnetikoaren eta atmosferaren arteko interakzioa dela. Ionenak aireko molekulak jotzen dituzte eta ionizatu, luzaren kolorea aldatzen da, energia-mailen eta moten arabera.

• Teknologiaren artean, ionizazioa erabil daiteke propietate desberdinetan, hala nola masen espektrografiak, erradioterapia, eta fusio nuklearra. Masen espektrografia teknika bat da, ionizazioaren ondorioz sortutako ionen masa-karga ratioa neurtzen duena. Teknika hau sustantzi batzuen osotasuna identifikatzeko eta quantifikatzeko erabil daiteke, hala nola medikamentuak, proteinak, kontaminatzaileak, etab. Erradioterapia tratamendua da, ionizazio erradiotik erabili ahal izateko kancer-zelula edo tumor txikitzeko. Erradiak kancer-zelulen DNA daño egiten diote eta zatitzea eta zabaltzea saihesten dute. Fusio nuklear prozesu bat da, bi nukleo erraza bat nukleo luzeago batean elkartzen dituena, energia handia eman. Prozesu hau temperatura eta presio altuak behar ditu nukleo positiboaren arteko elektroestatikoaren repulsioa gainditzeko. Modu bat izan daiteke ionizatutako gas edo plasma erabili fusio reaktoreetan.

• Laborategi-en probaketaetan, ionizazioa metodo desberdinetan induzi daiteke, hala nola indar elektriko bat aplikatuz, sostoa edo substanzia bat argiari ekidin. Adibidez, indar elektriko bat erabili daiteke gasa ionizatzeko, plasmaren argia sortzeko. Sostoa edo substanzia bat termikoki ionizatu daiteke, elektronak galdu eta ionizatuta geratzen da. Adibidez, sodio metala sorkuntzan, argia gorria ematen du sodio atomoak ionizatuta. Argi ultravioleta bat erabili daiteke fotionizazioa gertatzeko, hidrogen gasa photon bat hartu eta elektron bat askatzen du, hidrogen ionak eta elektron askeak sortuz.

Kontzertua

Ionizazioa prozesu bat da, atomo edo molekulak elektron bat edo gehiago irabazi edo galduz elektrikoki kargatuta geratzen direnak. Ionizazioa modu desberdinetan gertatu daiteke, hala nola kolisioetan, erreakzio kimikoetan edo elektromagnetikoaren erradiazioari ekidin. Ionizazioak materiaren ezaugarri kimiko eta fisikoak aldatzen ditu, eta fenomeno askotan garrantzitsu da.

Artikulu honetan, ionizazio-prozesua sodio klorigo (NaCl) adibide gisa azalduko dugu. Gainera, ion