§ 193. Ионизационные потенциалы
Одним из способов изучения электронной структуры атома является измерение энергии ионизации, т. е. энергии, которую нужно затратить для того, чтобы удалить электрон из атома. Так как энергия электрона в атоме отрицательна и отсчитывается от нуля, соответствующего удалению электрона из атома, то энергия ионизации является одновременно не чем иным как энергией уровня, занимаемого электроном в атоме. Принято эту энергию относить к заряду электрона и выражать в вольтах. Например, говорят: ионизационный потенциал атома водорода равен 
это значит, что для освобождения электрона нужна работа, равная работе перемещения электрона между точками с разностью потенциалов 13,53 В (смысл этой цифры показывает рис. 214).
Если речь идет о многоэлектронном атоме, то можно найти серию ионизационных потенциалов, характеризующих уровни первого, второго, третьего и т. д. электронов, считая от положения наименее связанного электрона. В этом смысле говорят о первом, втором и т. д. ионизационных потенциалах атома данного сорта.
Существует множество методов измерения ионизационных потенциалов. Для измерений помещают газы и пары в электрическое поле. Поток электронов, испускаемых накаливаемой нитью, ионизует газ. Пока энергия первичного электрона недостаточна для вырывания атомного электрона, электрический ток, идущий через газ, не меняется. Как только энергия первичных электронов станет достаточной для вырывания электронов из атомов газа, в пространстве окажется значительное число положительно заряженных ионов и произойдет резкое возрастание электрического тока. Постепенно повышая напряжение, приложенное к прибору, можно весьма точно отметить момент, при котором начинается это возрастание электрического тока. Критическое значение напряжения и дает непосредственно величину ионизационного потенциала. Значения первых ионизационных потенциалов различных элементов представлены наглядным графиком (рис. 220) для большинства химических элементов.
Бросается в глаза периодичность этого свойства, вполне совпадающая с химическим периодом. Труднее всего оторвать электрон у атома гелия, а также у атомов всех других благородных газов. Именно это обстоятельство и объясняет их химическую инертность. Одновалентные щелочные металлы имеют наименьшие значения потенциала. И это полностью соответствует представлениям химика, знакомого с исключительной реакционной способностью этих веществ.
Значения первого и последующих ионизационных потенциалов связаны с валентностью атомов. Почему атомы щелочных элементов одновалентны? Дело заключается в том, что один (внешний) электрон атомов этих веществ связан гораздо слабее, чем остальные электроны. Первые потенциалы атома цезия имеют, например, такие значения: 3, 9; 27; 46 и 62 В.
Рис. 220.
Мы видим, сколь велико различие в энергиях, которые надо затратить на отрыв первого и последующих электронов.
