안녕하세요. 이충흔 전문가입니다.
질문자님께서 생각하신 내용이 정확히 맞습니다. 순차적 이온화 에너지에서 특정 단계에 에너지가 급격히 증가하는 주된 이유는 가장 바깥쪽 전자껍질을 모두 떼어낸 뒤, 원자핵과 훨씬 가까운 안쪽 전자껍질의 전자를 떼어내야 하기 때문입니다. 이와 관련하여 자세히 설명해 드릴게요.
원자핵(+)과 전자(-) 사이의 정전기적 끌림은 두 전하 사이 거리의 제곱에 반비례합니다. 원자가 전자가 들어 있던 가장 바깥 껍질의 전자를 모두 잃으면, 다음 전자는 주양자수가 하나 작은 안쪽 전자껍질에서 떼어내야 합니다. 이때 전자와 원자핵 사이의 평균 거리가 대폭 줄어들기 때문에 원자핵이 전자를 당기는 인력이 폭발적으로 증가합니다. 전자들 사이에는 서로 밀어내는 반발력이 존재하여 원자핵의 인력을 일부 상쇄시키는데, 이를 가림 효과라고 합니다. 전자가 하나씩 제거될 때마다 전자 간 반발력이 줄어들고 가림 효과가 약해집니다. 특히 안쪽 껍질로 들어가면 남아있는 전자가 실제로 느끼는 유효 핵전하가 급격히 증가하여 전자를 떼어내기가 훨씬 힘들어집니다. 원자가 전자를 모두 잃은 양이온은 비활성 기체처럼 가장 바깥 껍질에 전자 8개를 채운 옥텟 규칙을 만족하여 에너지가 매우 낮은 안정적인 상태가 됩니다. 안쪽 껍질의 전자를 떼어낸다는 것은 이 완벽하게 안정화된 구조를 강제로 깨뜨리는 것을 의미하므로, 막대한 양의 에너지가 추가로 소모됩니다.