Енергія іонізації
Перша енергія іонізації — мінімальна енергія, потрібна для видалення електрона з нейтрального атома в газовій фазі. Вона показує, наскільки сильно найбільш доступний електрон утримується атомом, і є одним з найважливіших експериментальних показників електронної структури.
Газофазне визначення
Іонізаційна енергія стосується ізольованого атома. У кристалі або розчині до енергетичного балансу додаються зв’язки, решітка й сольватація. Тому одна газофазна величина не визначає автоматично всю хімічну реакцію.
Тренд у періоді
Зліва направо Z_eff зазвичай зростає, а атомний радіус зменшується. Валентний електрон сильніше зв’язаний, тому перша іонізація в загальному випадку стає дорожчою енергетично.
Тренд у групі
Вниз групи з’являються нові головні оболонки, збільшуються радіус і екранування. Зовнішній електрон утримується слабше, тому енергія іонізації часто зменшується.
Послідовні іонізації
Після кожного видалення іон стає позитивнішим. Наступні електрони в середньому утримуються сильніше. Дуже великий стрибок часто означає, що валентна оболонка вже спорожнена й починається видалення електрона з внутрішньої оболонки.
Підоболонки й спарювання
Нова p-підоболонка або спарювання електронів можуть створити локальні відхилення від гладкого тренду. Такі винятки корисні: вони показують реальну структуру орбіталей, а не руйнують періодичний закон.
Металічний характер
Низька енергія іонізації полегшує утворення катіонів і пов’язана з металевою поведінкою. Але для реальної реакції потрібний повний енергетичний цикл, включно з енергіями партнерів і середовища.
Спектроскопія
Фотоелектронна спектроскопія безпосередньо вимірює енергії зв’язування електронів. Вона показує окремі оболонки й підоболонки та дає експериментальну перевірку моделей екранування й електронних конфігурацій.
Правильне використання
Іонізаційну енергію слід поєднувати з електронною спорідненістю, енергією решітки, сольватацією та енергією зв’язків. Це сильний пояснювальний параметр, але не єдиний критерій реактивності.
Великий стрибок як структурний індикатор
Послідовні іонізації дозволяють практично «побачити» межу валентної оболонки. Якщо перші два електрони видаляються відносно легко, а третій вимагає на порядок більшої енергії, це сильний сигнал, що атом мав два зовнішні електрони. Така інформація історично допомагала пов’язати хімічну валентність з електронними оболонками і сьогодні залишається корисним способом перевірки конфігурації.
Вправа
Чому третя іонізаційна енергія іноді різко більша за перші дві?
Розв’язання
Після видалення двох валентних електронів третій може походити з внутрішньої, значно сильніше зв’язаної оболонки.