energie de ionizare
următoarea în ordinea importanței pentru determinarea numărului și tipului de legături chimice pe care un atom le poate forma este energia de ionizare a elementului. Este energia minimă necesară pentru a îndepărta un electron dintr-un atom al elementului. Energia este necesară deoarece toți electronii unui atom sunt atrași de sarcina pozitivă a nucleului și trebuie să se lucreze pentru a trage electronul de pe atom pentru a produce un cation. Formarea legăturii chimice provine din transferul sau partajarea electronilor, astfel încât energia necesară pentru îndepărtarea unui electron este un criteriu crucial în capacitatea unui atom de a forma o legătură.
în termeni generali, variația energiilor de ionizare în tabelul periodic reflectă variația razelor atomice, atomii mici având de obicei energii de ionizare ridicate și atomii mari având de obicei mici. Astfel, elementele cu cele mai mici energii de ionizare (și, prin urmare, din care un electron este îndepărtat cel mai ușor) se găsesc în partea stângă jos a tabelului periodic, lângă cesiu și franciu, iar elementele cu cele mai mari energii de ionizare se găsesc în partea dreaptă sus a tabelului, aproape de fluor și heliu. Variația energiei de ionizare se corelează cu variația razei atomice, deoarece un electron de valență dintr-un atom voluminos este în medie departe de nucleu și, prin urmare, experimentează doar o atracție slabă față de acesta. Pe de altă parte, un electron de valență într-un atom mic este aproape de nucleul său părinte și este supus unei forțe puternice de atracție.
în acest moment inerția relativă a gazelor nobile poate fi explicată parțial. Ele se află în dreapta în tabelul periodic, iar membrii familiei care sunt cei mai apropiați de heliu (și anume neonul și argonul) au energii de ionizare care sunt printre cele mai înalte dintre toate elementele. Astfel, electronii lor nu sunt ușor disponibili pentru formarea legăturilor. Doar mai mici în grup, la kripton și xenon, energiile de ionizare devin comparabile cu cele ale altor elemente, iar aceste elemente pot fi convinse în formarea compusului de reactivi suficient de agresivi (mai ales de fluor).
o caracteristică importantă a energiei de ionizare este că energia necesară pentru a elimina un al doilea electron dintr-un atom este întotdeauna mai mare decât energia necesară pentru a elimina primul electron. Odată ce un electron a fost îndepărtat, există mai puțini electroni care se resping reciproc în cation, deci trebuie depuse mai multe eforturi pentru a trage următorul electron departe de nucleu. Același lucru este valabil și pentru al treilea electron, care este chiar mai puțin disponibil decât al doilea electron. Cu toate acestea, un punct important este că, dacă un electron trebuie îndepărtat din miezul atomului (cum este cazul unui al doilea electron eliminat din sodiu), atunci energia de ionizare poate fi extrem de mare și nu poate fi atinsă în cursul unei reacții chimice tipice (așa cum se va justifica mai jos). Motivul energiilor ridicate de ionizare a electronilor de bază este în mare măsură că acești electroni se află mult mai aproape de nucleu decât electronii de valență și, prin urmare, sunt cuprinși de acesta mult mai puternic.
este o regulă generală că pentru elementele din stânga din tabelul periodic, care au unul, doi sau trei electroni în învelișurile lor de valență, este posibilă suficientă energie în reacțiile chimice pentru îndepărtarea lor, dar nu este disponibilă suficientă energie pentru îndepărtarea oricăror electroni din învelișurile interioare. Prin urmare, sodiul poate forma ioni Na+, magneziul poate forma ioni Mg2+, iar aluminiul poate forma ioni Al3+.
un motiv pentru importanța configurațiilor de gaz nobil în formarea legăturilor chimice devine acum evident. Odată ce se obține un gaz nobil, configurația cu coajă închisă, îndepărtarea gata a electronilor pentru a forma cationi încetează (la fel ca și posibilitatea îndepărtării parțiale a electronilor pentru partajarea necesară în formarea legăturilor covalente, așa cum se discută mai jos). O barieră energetică mare se întâlnește atunci când depășește îndepărtarea electronilor de valență ai unui atom.
energiile de ionizare nu se corelează exact cu razele atomice, deoarece există și alte influențe dincolo de distanța electronului de nucleu care determină energia necesară pentru îndepărtarea unui electron. Aceste influențe includ detaliile ocupației orbitalilor în cochilia de valență. Încă o dată, originea unei alte posibilități de concurență devine evidentă, în acest caz între efectele care provin doar din dimensiune și cele care sunt determinate de cerințele energetice pentru ionizare.