ionisatie-energie
volgende volgorde van belang voor het bepalen van het aantal en het type chemische bindingen dat een atoom kan vormen is de ionisatie-energie van het element. Het is de minimale energie die nodig is om een elektron uit een atoom van het element te verwijderen. De energie is nodig omdat alle elektronen van een atoom worden aangetrokken door de positieve lading van de kern, en er moet worden gewerkt om het elektron van het atoom te slepen om een kation te produceren. De vorming van een chemische binding komt voort uit de overdracht of het delen van elektronen, en dus is de energie die nodig is om een elektron te verwijderen een cruciaal criterium in het vermogen van een atoom om een binding te vormen.
in grote lijnen weerspiegelt de variatie van ionisatie-energieën in het periodiek systeem de variatie in atoomstralen, waarbij kleine atomen meestal hoge ionisatie-energieën hebben en grote atomen meestal kleine. De elementen met de laagste ionisatie-energieën (en dus waaruit een elektron het gemakkelijkst wordt verwijderd) bevinden zich linksonder in het periodiek systeem, in de buurt van cesium en francium, en elementen met de hoogste ionisatie-energieën bevinden zich rechtsboven in de tabel, dicht bij Fluor en helium. De variatie in ionisatie-energie correleert met de variatie in atoomradius omdat een valentie-elektron in een omvangrijk atoom gemiddeld ver van de kern ligt en er daarom slechts een zwakke aantrekkingskracht op heeft. Aan de andere kant, een valentie elektron in een klein atoom is dicht bij zijn ouderkern en is onderworpen aan een sterke aantrekkingskracht.
op dit moment kan de relatieve inertheid van de edelgassen gedeeltelijk worden verklaard. Ze liggen aan de rechterkant in het periodiek systeem, en de leden van de familie die het dichtst bij helium (namelijk, neon en argon) hebben ionisatie energieën die behoren tot de hoogste van alle elementen. Hun elektronen zijn dus niet direct beschikbaar voor bindingsvorming. Alleen lager in de groep, bij krypton en xenon, worden de ionisatie-energieën vergelijkbaar met die van andere elementen, en deze elementen kunnen door voldoende agressieve reagentia (met name door fluor) tot compoundvorming worden overgehaald.Een belangrijk kenmerk van de ionisatie-energie is dat de energie die nodig is om een tweede elektron uit een atoom te verwijderen altijd hoger is dan de energie die nodig is om het eerste elektron te verwijderen. Zodra een elektron is verwijderd, zijn er minder elektronen om elkaar af te stoten in het kation, dus meer werk moet worden gedaan om het volgende elektron weg te slepen van de kern. Hetzelfde geldt voor het derde elektron, dat nog minder beschikbaar is dan het tweede elektron. Een belangrijk punt is echter dat, als een elektron uit de kern van het atoom moet worden verwijderd (zoals het geval is voor een tweede elektron verwijderd uit natrium), dan kan de ionisatie-energie extreem hoog zijn en niet haalbaar in de loop van een typische chemische reactie (zoals hieronder zal worden gemotiveerd). De reden voor de hoge ionisatie-energieën van kernelektronen is grotendeels dat deze elektronen veel dichter bij de kern liggen dan de valentie-elektronen, en dus worden ze er veel sterker door gegrepen.
het is een algemene regel dat Voor elementen links in het periodiek systeem, die één, twee of drie elektronen in hun valentieschelp hebben, voldoende energie in chemische reacties haalbaar is om ze te verwijderen, maar dat er niet genoeg energie beschikbaar is om elektronen uit de binnenste schel te verwijderen. Daarom kan natrium Na+ – ionen vormen, magnesium kan Mg2+ – ionen vormen en aluminium kan Al3 + – ionen vormen.
een reden voor het belang van edelgasconfiguraties bij de vorming van chemische verbindingen wordt nu duidelijk. Zodra een edelgas, gesloten-shell configuratie wordt verkregen, houdt de onmiddellijke verwijdering van elektronen om kationen te vormen op (evenals de mogelijkheid voor de gedeeltelijke verwijdering van elektronen voor het delen vereist bij de vorming van covalente bindingen, zoals hieronder besproken). Een grote energiebarrière wordt aangetroffen wanneer men verder gaat dan de verwijdering van de valentie-elektronen van een atoom.Ionisatie-energieën correleren niet precies met atoomstralen, omdat er andere invloeden zijn buiten de afstand van het elektron tot de kern die de energie bepalen die nodig is om een elektron te verwijderen. Deze invloeden omvatten de details van de bezetting van de orbitalen in de valentieschelp. Nogmaals, de oorsprong van een nieuwe mogelijkheid voor concurrentie wordt duidelijk, in dit geval tussen effecten die alleen voortvloeien uit grootte en effecten die worden bepaald door de energie-eisen voor ionisatie.