一、游離能的定義與特性

1. 定義：從基態的氣態原子或離子移走最外層的一個電子所需的能量，稱為游離能（ionization energy，簡稱 IE）。
   A_(g)→A_(g)+e^- ΔH=IE
   【註】游離能就是氣態原子將最外層電子移至 𝑛=∞ 所需的能量。
   
2. 特性：
   1. 游離能必為吸熱。
      欲克服原子核與電子間的吸引力，須由外界供給能量。
   2. 連續游離能：
      第一游離能（𝐼𝐸₁）：從基態的氣態原子移走最外層的第 1 個電子所需的能量。例：Na_(g)→Na⁺_(g)+e^-，IE₁=496 kJ/mol。
      第二游離能（𝐼𝐸₂）：移走第 2 個電子所需的能量。例：Na⁺_(g)→Na²⁺_(g)+e^-，IE₂=4562 kJ/mol。
      第三游離能（𝐼𝐸₃）：移走第 3 個電子所需的能量。依此類推。例：Na²⁺_(g)→Na³⁺_(g)+e^-，IE₃=6912 kJ/mol。
      
      1. 同一元素之連續游離能：𝐼𝐸₁ < 𝐼𝐸₂ < 𝐼𝐸₃...
         因失去的電子數目愈多，半徑愈小，原子核對外層電子的吸引力愈大，故游離能變大。
      2. 若 𝐼𝐸_n+1≫𝐼𝐸_n 可推論該元素具有𝑛個價電子。
         原子失去最外層電子後，若形成具有貴氣組態的離子，欲離去電子，故游離能會急遽增加。
         例：
         Na：𝐼𝐸₂≫𝐼𝐸₁;
         Mg：𝐼𝐸₃≫𝐼𝐸₂；
         Al：𝐼𝐸₄≫𝐼𝐸₃。
         
         總結：以 Mg 為例：
         1. 價電子距離原子核最遠，故束縛力較小，游離能也較低。
         2. 內層電子極難游離，因此游離能突然大幅升高前所游離的電子數即為價電子數。

二、元素游離能的規律性

1. 原子：針對主族元素的第一游離能
   1. 同一族：向下遞減。
   2. 同一週期（第二與第三週期）：向右呈鋸齒狀的遞增。
      1A < 3A < 2A ​< 4A < 6A < 5A ​< 7A < 8A
      
      1. 原子序愈大，半徑愈小，原子核對價電子的吸引力愈大，故游離能愈大（有例外，見以下）。
      2. 有些元素因具有較低的能量狀態（因電子組態較穩定），故第一游離能不遵守上述的規則。
         以第二週期為例：
         s 軌域全填滿（ns²）：2A的 Be（[He]2𝑠²）游離能較 3A 的 B（[He]2𝑠²2𝑝¹）高。 B 移去的電子屬於能階較低的 2s 軌域，而 B 移去的電子則是屬於能階較高的 2p 軌域。
         p 軌域半填滿（np³）：5A 的 N（[He]2𝑠²2𝑝³）游離能較 6A 的 O（[He]2𝑠²2𝑝⁴）高。
         由於 p³ 半填滿組態，為較安定的狀態，而 O 的 2p⁴ 組態，因 p 軌域內成對的電子間所產生的斥力而使其能量稍高。
      小提醒：（游離能的極值）元素的游離能最大者為 He；最小者為 Cs。
2. 離子
   1. 同一元素，不同正電荷數，正電荷數愈大，離子半徑愈小，原子核對核外電子的吸引力愈大，游離能愈大。
      例：Fe³⁺>Fe²⁺>Fe。
   2. 不同元素：
      
      1. 同一族，帶有相同電荷數的離子，原子序愈大，半徑愈小，原子核對核外電子的吸引力愈小，游離能愈小。
         例：Li⁺>Na⁺>K⁺>Rb⁺>Cs⁺。
      2. 不同元素所形成的等電子粒子，核電荷數愈大，半徑愈小，原子核對核外電子的吸引力愈大，游離能愈大。
         例（游離能）：₁₃Al³⁺ >₁₂Mg²⁺>₁₁Na⁺>₁₀Ne>₉F^->₈O^2-。
3. 不同元素游離能的比較步驟（第二、三週期）
   1. 確認元素位置：週期與族。
   2. 先比週期：週期愈小，游離能愈大。
   3. 若週期相同，再比族：1A < 3A < 2A < 4A < 6A < 5A < 7A < 8A