II. Наступними важливими характеристиками атомів елементів є енергія іонізації (іонізаційний потенціал) та енергія спорідненості до електрону.

Потенціал іонізації атома чи іона визначається як робота, яку необхідно виконати, щоб відірвати електрон від атома чи іона і віддалити його на нескінченно велику відстань. За абсолютною величиною він рівний потенціальній енергії відірваного електрона, але має протилежний знак. Тому потенціал іонізації є кількісною характеристикою енергії (міцності) зв'язку електрона з атомним каркасом.

При відриві від атома першого, другого,… n-го електрона говорять про I-й (I₁), II-й (I₂), … і-й потенціал (І_і). I₁ <I₂ <…І_і. Особливо характерними є перші потенціали, оскільки вони відображають енергетичну стійкість зовнішньої електронної оболонки нейтрального атома, від якої залежать його хімічні та кристалохімічні властивості.

Закономірність зміни цієї величини від порядкового номера (заряду ядра) Z елемента спостерігається як по періодах, так і по групах Періодичної системи: зростає по періоду та зменшується зверху донизу по головних підгрупах. Для зміни цієї характеристики спостерігається і вторинна періодичність, пов'язана із заповненням зовнішніх електронних оболонок у відповідності правила Гунда: найстійкішою є електронна конфігурація з максимально можливим значенням сумарного спінового числа. Тому для р-елементів залежність І від Z має дві криві.

Перша з них відповідає атомам із зовнішньою оболонкою np^1-3 (B-N та їхні аналоги по періодам), друга – атомам з np^4-6 (O-Ne та аналоги), причому максимум припадає на конфігурацію p³. Більш складний характер має вторинна періодичність всередині d- і f-елементів. В рядах перехідних елементів (Sc-Cu, Y-Ag, Ln, As) потенціали іонізації зростають незначно в результаті конкуренції двох факторів: в той час як розмір атома лишається майже незмінним, притягання зовнішнього S-електрона із зростанням заряду атома компенсується екрануючою дією електронів, які додаються на d- чи f-оболонки.

По підгрупам (головним), як вже було сказано, спостерігається зменшення І₁ з ростом Z. Однак для побічних пігруп характерне деяке збільшення І₁ з ростом Z. Для елементів IV побічної підгрупи (Ti→Hf) ця величина майже незмінна. Все це пояснюється ефектом лантаноїдного стиску, в результаті чого разом з ростом Z відбувається не збільшення, а зменшення розмірів важких атомів.

Крім нейтральних атомів і катіонів, можуть існувати і стійкі аніони. Енергія, необхідна для відриву електрона від негативного іона, називається спорідненістю до електрона.

Вона характеризує енергію зв'язку з нейтральним атомом. За величиною F є значно меншою І₁. Для ряду елементів, серед яких інертні гази і S-елементи ІІ-ої групи, значення F має від'ємне значення. Звідси випливає висновок, що всі завершені оболонки, а також завершена ns² і ряд заповнених наполовину оболонок (N(2p³),Mn(3d⁵4s²)) нейтральних атомів не тільки не здатні приєднати , але й швидше відштовхують його.

І, навпаки, усі недобудовані оболонки, особливо ті, до завершення яких не вистачає одного , володіють значним позитивним значенням спорідненості до . (Hal: 3 3,5еВ, для Cu, Ag, Au (добудов. S-об.: F=1-2еВ).

	H	He	Ca	N	Cr
І1	13,60	24,59	6,11	14,53	6,77
F,еВ	0,754	-0,22	-1,9	-0,21	-1,0