Периодичните свойства на елементите

Периодичната таблица подрежда елементите по периодични свойства, които са повтарящи се тенденции във физичните и химичните характеристики. Тези тенденции могат да се предвидят само чрез изследване на периодичната таблица и може да се обясни и разбере чрез анализ на електронните конфигурации на елементите. Елементите са склонни да спечелят или губят валентни електрони, за да постигнат стабилно образуване на октет. Стабилните октети се наблюдават в инертните газове или благородните газове от група VIII на периодичната таблица. В допълнение към тази дейност има още две важни тенденции. Първо, електроните се добавят един по един, като се движат от ляво на дясно през период. Докато това се случва, електроните от най-външната обвивка изпитват все по-силно ядрено привличане, така че електроните стават по-близо до ядрото и са по-плътно свързани с него. Второ, движейки се надолу по колона в периодичната таблица, най-външните електрони стават по-малко плътно свързани към ядрото. Това се случва, защото броят на запълнените основни енергийни нива (които предпазват най-външните електрони от привличане към ядрото) се увеличава надолу във всяка група. Тези тенденции обясняват периодичността, наблюдавана в елементарните свойства на атомния радиус, йонизационната енергия, афинитета на електроните и

Атомният радиус на даден елемент е половината от разстоянието между центровете на два атома на този елемент, които просто се допират един до друг. По принцип атомният радиус намалява през период отляво надясно и се увеличава надолу в дадена група. Атомите с най-големи атомни радиуси са разположени в група I и в дъното на групите.

Придвижвайки се отляво надясно през определен период, електроните се добавят един по един към външната енергийна обвивка. Електроните в обвивката не могат да се предпазват един от друг от привличането към протоните. Тъй като броят на протоните също се увеличава, ефективният ядрен заряд се увеличава за период. Това води до намаляване на атомния радиус.

Придвижване надолу по група в периодичната таблица, броят на електроните и напълнените електронни обвивки се увеличава, но броят на валентните електрони остава същият. Най-външните електрони в дадена група са изложени на същия ефективен ядрен заряд, но електроните се намират по-далеч от ядрото с увеличаването на броя на напълнените енергийни обвивки. Следователно атомните радиуси се увеличават.

Енергията на йонизацията или йонизационният потенциал е енергията, необходима за пълно отстраняване на електрон от газообразен атом или йон. Колкото по-близо и по-плътно е свързан електрон до ядрото, толкова по-трудно ще бъде отстраняването му и толкова по-висока ще бъде неговата йонизационна енергия. Първата йонизационна енергия е енергията, необходима за отстраняване на един електрон от родителския атом. Секундата йонизационна енергия е енергията, необходима за отстраняване на втори валентен електрон от едновалентния йон за образуване на двувалентния йон и т.н. Последователните йонизационни енергии се увеличават. Втората йонизационна енергия винаги е по-голяма от първата йонизационна енергия. Йонизационните енергии се увеличават, като се движат от ляво на дясно през определен период (намаляващ атомния радиус). Енергията на йонизацията намалява придвижването надолу по група (увеличаване на атомния радиус). Елементите от I група имат ниски енергии на йонизация, защото загубата на електрон образува стабилен октет.

Електронен афинитет отразява способността на един атом да приема електрон. Това е промяната на енергията, която настъпва при добавяне на електрон към газообразен атом. Атомите с по-силен ефективен ядрен заряд имат по-голям афинитет на електрон. В периодичната таблица могат да се направят някои обобщения относно електронните афинитети на определени групи. Елементите от група IIA, алкалните земи, имат ниски стойности на афинитет на електрон. Тези елементи са сравнително стабилни, защото са запълнили с subshells. Елементите на група VIIA, халогените, имат висок афинитет към електрон, тъй като добавянето на електрон към атом води до напълно запълнена обвивка. Елементите от VІІІ група, благородните газове, имат афинитет на електроните близо до нулата, тъй като всеки атом притежава стабилен октет и няма да приеме електрон лесно. Елементите на други групи имат нисък афинитет на електрон.

За период халогенът ще има най-висок афинитет на електрон, докато благороден газ ще има най-ниския афинитет на електрон. Афинитетът на електроните намалява с придвижването надолу по група, тъй като нов електрон ще бъде по-далеч от ядрото на голям атом.

Електроотрицателността е мярка за привличането на атом за електроните в химична връзка. Колкото по-висока е електронегативността на един атом, толкова по-голямо е привличането му за свързване на електрони. Електроотрицателността е свързана с енергията на йонизацията. Електроните с ниска йонизационна енергия имат ниски електронегативи, тъй като техните ядра не упражняват силна атрактивна сила върху електроните. Елементите с висока йонизационна енергия имат високи електронегативи поради силното дърпане, упражнявано върху електроните от ядрото. В група електронегативността намалява с увеличаването на атомното число в резултат на увеличеното разстояние между валентния електрон и ядрото (по-голям атомен радиус). Пример за електропозитивен (т.е. с ниска електроотрицателност) елемент е цезий; пример за високо електроотрицателен елемент е флуор.

Придвижване наляво → надясно

• Атомният радиус намалява
• Ионизационната енергия се увеличава
• Афинитетът на електроните като цяло се увеличава (с изключение Афинитет на благородния газ в близост до нула)
• Електроотрицателността се увеличава

Преместване отгоре → отдолу

• Атомният радиус се увеличава
• Ионизационната енергия намалява
• Афинитетът на електроните обикновено намалява придвижването надолу по група
• Електроотрицателността намалява