Okresowe właściwości elementów

Układ okresowy układa elementy według właściwości okresowych, które są powtarzającymi się trendami w zakresie właściwości fizycznych i chemicznych. Tendencje te można przewidzieć, badając jedynie układ okresowy i można je wyjaśnić i zrozumieć, analizując konfiguracje elektronowe elementów. Pierwiastki zwykle zyskują lub tracą elektrony walencyjne, aby osiągnąć stabilne tworzenie oktetów. Stabilne oktety są widoczne w gazach obojętnych lub gazach szlachetnych z grupy VIII układu okresowego pierwiastków. Oprócz tej działalności istnieją dwa inne ważne trendy. Po pierwsze, elektrony są dodawane pojedynczo, przesuwając się od lewej do prawej w danym okresie. Gdy tak się dzieje, elektrony najbardziej zewnętrznej powłoki doświadczają coraz silniejszej siły przyciągania jądrowego, więc elektrony zbliżają się do jądra i są ściślej z nim związane. Po drugie, przesuwając się w dół kolumny w układzie okresowym, najbardziej oddalone elektrony są mniej ściśle związane z jądrem. Dzieje się tak, ponieważ liczba napełnionych głównych poziomów energii (które chronią najbardziej oddalone elektrony przed przyciąganiem do jądra) rośnie w dół w obrębie każdej grupy. Tendencje te wyjaśniają okresowość obserwowaną w elementarnych właściwościach promienia atomowego, energii jonizacji, powinowactwa elektronów i

Promień atomowy elementu stanowi połowę odległości między środkami dwóch atomów tego elementu, które się tylko stykają. Zasadniczo promień atomowy zmniejsza się w okresie od lewej do prawej i zwiększa się w dół danej grupy. Atomy o największych promieniach atomowych znajdują się w grupie I i na dole grup.

Poruszając się od lewej do prawej przez pewien okres, elektrony są dodawane pojedynczo do zewnętrznej powłoki energetycznej. Elektrony w skorupie nie mogą osłonić się przed przyciąganiem do protonów. Ponieważ rośnie również liczba protonów, efektywny ładunek jądrowy rośnie w danym okresie. Powoduje to zmniejszenie promienia atomowego.

Przeniesienie grupy w dół układ okresowy, liczba elektronów i wypełnionych powłok elektronowych wzrasta, ale liczba elektronów walencyjnych pozostaje taka sama. Najbardziej oddalone elektrony w grupie są narażone na ten sam efektywny ładunek jądrowy, ale elektrony znajdują się dalej od jądra wraz ze wzrostem liczby wypełnionych powłok energetycznych. Dlatego zwiększają się promienie atomowe.

Energia jonizacji lub potencjał jonizacji to energia wymagana do całkowitego usunięcia elektronu z gazowego atomu lub jonu. Im bliżej i ściślej związany jest elektron z jądrem, tym trudniej będzie go usunąć i tym wyższa będzie jego energia jonizacji. Pierwsza energia jonizacji to energia wymagana do usunięcia jednego elektronu z atomu macierzystego. Drugi energia jonizacji to energia wymagana do usunięcia drugiego elektronu walencyjnego z jonu jednowartościowego w celu utworzenia jonu dwuwartościowego i tak dalej. Zwiększają się kolejne energie jonizacji. Druga energia jonizacji jest zawsze większa niż pierwsza energia jonizacji. Energie jonizacji zwiększają się przemieszczając się od lewej do prawej w danym okresie (zmniejszając promień atomowy). Energia jonizacji zmniejsza się w dół grupy (wzrost promienia atomowego). Elementy grupy I mają niskie energie jonizacji, ponieważ utrata elektronu tworzy stabilny oktet.

Powinowactwo elektronowe odzwierciedla zdolność atomu do przyjęcia elektronu. Jest to zmiana energii zachodząca po dodaniu elektronu do atomu gazowego. Atomy o silniejszym skutecznym ładunku jądrowym mają większe powinowactwo elektronowe. Można dokonać pewnych uogólnień na temat powinowactwa elektronów niektórych grup w układzie okresowym. Pierwiastki z grupy IIA, ziem alkalicznych, mają niskie wartości powinowactwa elektronów. Te elementy są stosunkowo stabilne, ponieważ zostały wypełnione s podpowłoki. Elementy grupy VIIA, halogeny, mają wysokie powinowactwo elektronowe, ponieważ dodanie elektronu do atomu powoduje całkowicie wypełnioną powłokę. Pierwiastki z grupy VIII, gazy szlachetne, mają powinowactwo elektronowe bliskie zeru, ponieważ każdy atom ma stabilny oktet i nie przyjmuje elektronu z łatwością. Elementy innych grup mają niskie powinowactwo elektronowe.

W pewnym okresie halogen będzie miał najwyższe powinowactwo elektronowe, podczas gdy gaz szlachetny będzie miał najniższe powinowactwo elektronowe. Powinowactwo elektronowe zmniejsza się w dół grupy, ponieważ nowy elektron byłby dalej od jądra dużego atomu.

Elektroujemność jest miarą przyciągania atomu przez elektrony w wiązaniu chemicznym. Im wyższa elektroujemność atomu, tym większa jego atrakcyjność do wiązania elektronów. Elektroujemność jest związana z energią jonizacji. Elektrony o niskiej energii jonizacji mają niskie elektroujemności, ponieważ ich jądra nie wywierają silnej siły przyciągającej na elektrony. Elementy o wysokiej energii jonizacji mają wysoką elektroujemność z powodu silnego przyciągania wywieranego przez elektrony przez jądro. W grupie elektroujemność maleje wraz ze wzrostem liczby atomowej w wyniku zwiększonej odległości między elektronem walencyjnym a jądrem (większy promień atomowy). Przykładem elementu elektropozytywnego (tj. O niskiej elektroujemności) jest cez; przykład bardzo element elektroujemny oznacza fluor.

Poruszanie się w lewo → prawo

• Promień atomowy maleje
• Zwiększa się energia jonizacji
• Powinowactwo elektronowe ogólnie wzrasta (z wyjątkiem Powinowactwo gazu szlachetnego do gazu blisko zera)
• Zwiększa elektroujemność

Przesunięcie w górę → dół

• Zwiększa się promień atomowy
• Energia jonizacji spada
• Powinowactwo elektronowe ogólnie zmniejsza przechodzenie w dół grupy
• Elektroujemność maleje