ionizációs energia
az atom által képezhető kémiai kötések számának és típusának meghatározásához fontossági sorrendben az elem ionizációs energiája. Ez az a minimális energia, amely az elektron eltávolításához szükséges az elem atomjából. Az energiára azért van szükség, mert az atom összes elektronját vonzza a mag pozitív töltése, és munkát kell végezni annak érdekében, hogy az elektront le lehessen húzni az atomról, hogy kation keletkezzen. A kémiai kötésképződés az elektronok átviteléből vagy megosztásából származik, ezért az elektron eltávolításához szükséges energia döntő kritérium az atom kötésképző képességében.
tág értelemben az ionizációs energiák változása a periódusos rendszerben tükrözi az atomsugarak változását, a kis atomok jellemzően nagy ionizációs energiákkal, a nagy atomok pedig általában kicsiek. Így a legalacsonyabb ionizációs energiájú elemek (amelyek közül az elektron a legkönnyebben eltávolítható) a periódusos rendszer bal alsó részén találhatók, a cézium és a francium közelében, a legmagasabb ionizációs energiájú elemek pedig a táblázat jobb felső sarkában találhatók, közel a fluor és a hélium. Az ionizációs energia változása korrelál az atomsugár változásával, mivel egy terjedelmes atomban a vegyérték elektron átlagosan messze van a magtól, ezért csak gyenge vonzódást tapasztal. Másrészt egy kis atomban lévő vegyértékelektron közel van a szülő magjához, és erős vonzó erőnek van kitéve.
ezen a ponton a nemesgázok relatív tehetetlensége részben magyarázható. A periódusos rendszer jobb oldalán fekszenek, és a család azon tagjai, amelyek a legközelebb vannak a héliumhoz (nevezetesen a neon és az argon), ionizációs energiákkal rendelkeznek, amelyek az összes elem közül a legmagasabbak közé tartoznak. Így elektronjaik nem állnak könnyen rendelkezésre kötésképződéshez. Csak a csoportban, a kripton és a xenon esetében válnak az ionizációs energiák összehasonlíthatóvá más elemek energiáival, és ezeket az elemeket kellően agresszív reagensekkel (leginkább fluorral) lehet vegyületképződésre késztetni.
az ionizációs energia fontos jellemzője, hogy az atomból egy második elektron eltávolításához szükséges energia mindig magasabb, mint az első elektron eltávolításához szükséges energia. Miután eltávolítottak egy elektront, kevesebb elektron taszítja egymást a kationban, ezért több munkát kell végezni a következő elektron elhúzására a magtól. Ugyanez vonatkozik a harmadik elektronra is, amely még kevésbé elérhető, mint a második elektron. Fontos szempont azonban, hogy ha egy elektront el kell távolítani az atom magjából (mint a nátriumból eltávolított második elektron esetében), akkor az ionizációs energia rendkívül magas lehet, és nem érhető el egy tipikus kémiai reakció során (amint azt az alábbiakban indokoljuk). A magelektronok magas ionizációs energiáinak oka nagyrészt az, hogy ezek az elektronok sokkal közelebb fekszenek az atommaghoz, mint a vegyértékelektronok, így sokkal erősebben megfogja őket.
általános szabály, hogy a periódusos rendszer bal oldalán lévő elemek esetében, amelyek vegyértékhéjában egy, kettő vagy három elektron van, a kémiai reakciókban elegendő energia érhető el eltávolításukhoz, de nem áll rendelkezésre elegendő energia az elektronok eltávolításához a belső héjakból. Ezért a nátrium Na+ ionokat, a magnézium Mg2+ ionokat, az alumínium pedig Al3+ ionokat képezhet.
a nemesgáz-konfigurációk kémiai kötésképződésben való fontosságának egyik oka nyilvánvalóvá válik. Miután nemesgáz, zárt héjú konfigurációt kapunk, az elektronok kész eltávolítása a kationok kialakításához megszűnik (csakúgy, mint az elektronok részleges eltávolításának lehetősége a kovalens kötések kialakításához szükséges megosztáshoz, amint azt az alábbiakban tárgyaljuk). Nagy energiagát találkozik, amikor túlmutat az atom vegyértékelektronjainak eltávolításán.
az ionizációs energiák nem korrelálnak pontosan az atomsugarakkal, mert az elektron magtól való távolságán túl más hatások is meghatározzák az elektron eltávolításához szükséges energiát. Ezek a hatások magukban foglalják a pályák elfoglalásának részleteit a vegyértékhéjban. Ismét nyilvánvalóvá válik a verseny további lehetőségének eredete, ebben az esetben a kizárólag a méretből eredő hatások és az ionizáció energiaigénye által meghatározott hatások között.