Kationok képződésekor elektron(ok) szakadnak le az atomról. Ahhoz, hogy a pozitív elektromos töltésű atommagtól eltávolítsuk a negatív töltésű elektront, energiát kell befektetni.
Kationképződéskor a kémiai reakciók során mindig a legkisebb energiával eltávolítható elektron szakad le.
Az ionizációs energia a szabad atomról a legkönnyebben eltávolítható elektron leszakítását kísérő moláris energiaváltozás. Az ionizációs energia jele E_i, mértékegysége kJ/mol, mérőszáma megegyezik 1 mol atom esetében mérhető energiaváltozás mérőszámával. (A fenti meghatározás az első elektron leszakítására, az ún. első ionizációs energiára vonatkozik.)

Kation képződése

A kationok képződésekor általában megszűnik a legkülső elektronhéj, ezért a kation sugara mindig kisebb, mint az atomé, amiből az ion képződött. A főcsoportokban az adott periódusba tartozó fémek kationjainak elektronszerkezete az előző periódus végén lévő nemesgáz szerkezetével azonos.

A kation sugara és az atom sugara

A periódusokban jobbra haladva egyre nő a rendszám, így nő az atommag töltése. Ezáltal nő az elektronhéjakra gyakorolt vonzó hatás, s mivel az ugyanabba a periódusba tartozó elemek atomjaiban ugyanannyi a héjak száma, az atomsugár is csökken. Ezzel egyidejűleg várhatóan egyre nehezebb leszakítani elektront az atomról, azaz elvileg nő az ionizációs energia.
Vizsgáljuk meg az első ionizációs energia változását a rendszám függvényében.

Az ionizációs energia változása a rendszám függvényében