Elementenes periodiske egenskaper

Trender i det periodiske systemet

Eyematrix/Getty Images

Det periodiske systemet ordner grunnstoffene etter periodiske egenskaper, som er tilbakevendende trender i fysiske og kjemiske egenskaper. Disse trendene kan forutsies bare ved å undersøke periodiske tabell og kan forklares og forstås ved å analysere elektronkonfigurasjonene til elementene. Elementer har en tendens til å få eller miste valenselektroner for å oppnå stabil oktettdannelse. Stabile oktetter sees i inerte gasser, eller edelgasser, i gruppe VIII i det periodiske system. I tillegg til denne aktiviteten er det to andre viktige trender. Først legges elektroner til ett om gangen og beveger seg fra venstre til høyre over en periode. Når dette skjer, opplever elektronene i det ytterste skallet stadig sterkere kjernefysisk tiltrekning, slik at elektronene blir nærmere kjernen og tettere bundet til den. For det andre, ved å bevege seg nedover en kolonne i det periodiske systemet, blir de ytterste elektronene mindre tett bundet til kjernen. Dette skjer fordi antallet fylte hovedenerginivåer (som skjermer de ytterste elektronene fra tiltrekning til kjernen) øker nedover innenfor hver gruppe.Disse trendene forklarer periodisiteten observert i de elementære egenskapene til atomradius, ioniseringsenergi, elektronaffinitet og elektronegativitet .

Atomradius

Atomradiusen til et grunnstoff er halvparten av avstanden mellom sentrene til to atomer i det elementet som bare berører hverandre. Generelt synker atomradius over en periode fra venstre til høyre og øker nedover en gitt gruppe. Atomene med størst atomradius er plassert i gruppe I og nederst i grupper.

Ved å bevege seg fra venstre til høyre over en periode, blir elektroner lagt til ett om gangen til det ytre energiskallet. Elektroner i et skall kan ikke skjerme hverandre fra tiltrekningen til protoner. Siden antallet protoner også øker, øker den effektive atomladningen over en periode. Dette fører til at atomradiusen reduseres.

Flytte ned en gruppe i periodiske tabell , øker antallet elektroner og fylte elektronskall, men antallet valenselektroner forblir det samme. De ytterste elektronene i en gruppe blir utsatt for den samme effektive kjerneladningen, men elektroner finnes lenger fra kjernen ettersom antallet fylte energiskall øker. Derfor øker atomradiene.

Ioniseringsenergi

Ioniseringsenergien, eller ioniseringspotensialet, er energien som kreves for å fjerne et elektron fra et gassformet atom eller ion fullstendig. Jo nærmere og tettere bundet et elektron er til kjernen, jo vanskeligere vil det være å fjerne, og jo høyere vil dets ioniseringsenergi være. Den første ioniseringsenergien er energien som kreves for å fjerne ett elektron fra foreldreatomet. Den andre ioniseringsenergi er energien som kreves for å fjerne et andre valenselektron fra det enverdige ionet for å danne det toverdige ionet, og så videre. Suksessive ioniseringsenergier øker. Den andre ioniseringsenergien er alltid større enn den første ioniseringsenergien. Ioniseringsenergiene øker ved å bevege seg fra venstre til høyre over en periode (minkende atomradius). Ioniseringsenergi avtar ved å bevege seg nedover en gruppe (økende atomradius). Gruppe I-elementer har lav ioniseringsenergi fordi tapet av et elektron danner en stabil oktett.

Elektron affinitet

Elektron affinitet reflekterer et atoms evne til å akseptere et elektron. Det er energiendringen som skjer når et elektron tilsettes et gassformig atom. Atomer med sterkere effektiv kjerneladning har større elektronaffinitet. Noen generaliseringer kan gjøres om elektronaffinitetene til visse grupper i det periodiske systemet. Gruppe IIA-elementene, de alkaliske jordarter, har lave elektronaffinitetsverdier. Disse elementene er relativt stabile fordi de har fylt seg s underskall. Gruppe VIIA-elementer, halogenene, har høy elektronaffinitet fordi tilsetning av et elektron til et atom resulterer i et fullstendig fylt skall. Gruppe VIII-elementer, edelgasser, har elektronaffiniteter nær null siden hvert atom har en stabil oktett og vil ikke akseptere et elektron lett. Elementer fra andre grupper har lav elektronaffinitet.

I en periode vil halogenet ha høyest elektronaffinitet, mens edelgass vil ha den laveste elektronaffiniteten. Elektronaffinitet reduseres ved å bevege seg nedover en gruppe fordi et nytt elektron vil være lenger fra kjernen til et stort atom.

Elektronegativitet

Elektronegativitet er et mål på tiltrekningen av et atom for elektronene i en kjemisk binding. Jo høyere elektronegativitet et atom har, desto større er dets tiltrekning for å binde elektroner. Elektronegativitet er relatert til ioniseringsenergi. Elektroner med lav ioniseringsenergi har lav elektronegativitet fordi kjernene deres ikke utøver en sterk tiltrekningskraft på elektroner. Elementer med høy ioniseringsenergi har høy elektronegativitet på grunn av det sterke trekk som utøves på elektroner av kjernen. I en gruppe avtar elektronegativiteten når atomnummeret øker, som følge av den økte avstanden mellom valenselektronet og kjernen (større atomradius). Et eksempel på et elektropositivt (dvs. lav elektronegativitet) element er cesium; et eksempel på et høyt elektronegativt element er fluor.

Oppsummering av det periodiske systemets egenskaper for grunnstoffer

Flytter til venstre → høyre

• Atomradius reduseres
• Ioniseringsenergien øker
• Elektronaffinitet øker generelt ( unntatt Edelgasselektronaffinitet nær null)
• Elektronegativiteten øker

Beveger topp → bunn

• Atomradius øker
• Ioniseringsenergien avtar
• Elektrontilhørighet reduserer generelt ved å bevege seg nedover en gruppe
• Elektronegativiteten avtar