Periodične lastnosti elementov

Trendi v periodnem sistemu

Eyematrix/Getty Images

Periodni sistem razvršča elemente po periodičnih lastnostih, ki so ponavljajoči se trendi fizikalnih in kemijskih lastnosti. Te trende je mogoče predvideti zgolj s preučevanjem periodni sistem in ga je mogoče razložiti in razumeti z analizo elektronskih konfiguracij elementov. Elementi ponavadi pridobijo ali izgubijo valenčne elektrone, da dosežejo stabilno tvorbo oktetov. Stabilne oktete vidimo v inertnih plinih ali žlahtnih plinih skupine VIII periodnega sistema. Poleg te dejavnosti sta pomembna še dva trenda. Najprej se elektroni dodajajo enega za drugim, premikajoč se od leve proti desni čez obdobje. Ko se to zgodi, elektroni najbolj zunanje lupine doživljajo vse močnejšo jedrsko privlačnost, zato se elektroni približajo jedru in so nanj tesneje povezani. Drugič, s premikanjem po stolpcu v periodnem sistemu postanejo najbolj oddaljeni elektroni manj tesno povezani z jedrom. To se zgodi, ker se število zapolnjenih glavnih energijskih nivojev (ki ščitijo najbolj oddaljene elektrone pred privlačnostjo jedra) povečuje navzdol znotraj vsake skupine.Ti trendi pojasnjujejo periodičnost, opaženo v elementarnih lastnostih atomskega polmera, ionizacijske energije, elektronske afinitete in elektronegativnost .

Atomski radij

Atomski polmer elementa je polovica razdalje med središči dveh atomov tega elementa, ki se le dotikata drug drugega. Na splošno se atomski polmer zmanjšuje v obdobju od leve proti desni in narašča navzdol po določeni skupini. Atomi z največjimi atomskimi radiji se nahajajo v skupini I in na dnu skupin.

Če se premikate od leve proti desni čez periodo, se elektroni dodajajo enega za drugim zunanji energijski lupini. Elektroni znotraj lupine se ne morejo zaščititi pred privlačnostjo protonov. Ker se povečuje tudi število protonov, se efektivni jedrski naboj skozi obdobje povečuje. To povzroči zmanjšanje atomskega radija.

Premikanje po skupini navzdol v periodni sistem , se število elektronov in zapolnjenih elektronskih lupin poveča, število valenčnih elektronov pa ostane enako. Najbolj oddaljeni elektroni v skupini so izpostavljeni enakemu učinkovitemu jedrskemu naboju, vendar se elektroni nahajajo dlje od jedra, ko se število napolnjenih energijskih lupin povečuje. Zato se povečajo atomski polmeri.

Ionizacijska energija

Ionizacijska energija ali ionizacijski potencial je energija, ki je potrebna za popolno odstranitev elektrona iz plinastega atoma ali iona. Bližje in tesneje ko je elektron vezan na jedro, težje ga bo odstraniti in večja bo njegova ionizacijska energija. Prva ionizacijska energija je energija, ki je potrebna za odstranitev enega elektrona iz matičnega atoma. Drugi ionizacijska energija je energija, potrebna za odstranitev drugega valenčnega elektrona iz enovalentnega iona, da nastane dvovalentni ion itd. Energije zaporedne ionizacije se povečajo. Druga ionizacijska energija je vedno večja od prve ionizacijske energije. Energije ionizacije naraščajo s premikanjem od leve proti desni skozi obdobje (zmanjšanje atomskega polmera). Energija ionizacije se zmanjšuje s pomikanjem po skupini navzdol (povečanje atomskega radija). Elementi skupine I imajo nizko ionizacijsko energijo, ker izguba elektrona tvori stabilen oktet.

Elektronska afiniteta

Elektronska afiniteta odraža sposobnost atoma, da sprejme elektron. To je sprememba energije, ki se zgodi, ko se plinastemu atomu doda elektron. Atomi z močnejšim efektivnim jedrskim nabojem imajo večjo afiniteto do elektronov. O elektronskih afinitetah določenih skupin v periodnem sistemu je mogoče narediti nekaj posplošitev. Elementi skupine IIA, alkalijske zemlje, imajo nizke vrednosti afinitete do elektronov. Ti elementi so relativno stabilni, ker so se napolnili s podlupine. Elementi skupine VIIA, halogeni, imajo visoko afiniteto do elektronov, ker dodajanje elektrona atomu povzroči popolnoma zapolnjeno lupino. Elementi skupine VIII, žlahtni plini, imajo elektronsko afiniteto blizu ničle, saj ima vsak atom stabilen oktet in ne bo zlahka sprejel elektrona. Elementi drugih skupin imajo nizko elektronsko afiniteto.

V obdobju bo imel halogen največjo afiniteto do elektronov, medtem ko bo žlahtni plin bo imel najnižjo afiniteto do elektronov. Elektronska afiniteta se zmanjšuje, ko se premika po skupini navzdol, ker bi bil nov elektron dlje od jedra velikega atoma.

Elektronegativnost

Elektronegativnost je merilo privlačnosti atoma za elektrone v kemijski vezi. Večja kot je elektronegativnost atoma, večja je njegova privlačnost za vezne elektrone. Elektronegativnost je povezana z ionizacijsko energijo. Elektroni z nizko ionizacijsko energijo imajo nizko elektronegativnost, ker njihova jedra ne izvajajo močne privlačne sile na elektrone. Elementi z visoko ionizacijsko energijo imajo visoko elektronegativnost zaradi močnega vlečenja, ki ga jedro izvaja na elektrone. V skupini se elektronegativnost zmanjša, ko se atomsko število poveča, kar je posledica povečane razdalje med valenčnim elektronom in jedrom (večji atomski radij). Primer elektropozitivnega (tj. z nizko elektronegativnostjo) elementa je cezij; primer visokega elektronegativni element je fluor.

Povzetek lastnosti periodnega sistema elementov

Premikanje levo → desno

• Atomski radij se zmanjša
• Energija ionizacije se poveča
• Elektronska afiniteta se na splošno poveča ( razen afiniteta elektronov žlahtnega plina blizu nič)
• Elektronegativnost se poveča

Premikanje zgoraj → dno

• Atomski radij se poveča
• Energija ionizacije se zmanjša
• Elektronska afiniteta se na splošno zmanjša, ko se premikate po skupini navzdol
• Elektronegativnost se zmanjša