Proprietățile periodice ale elementelor

Tabelul periodic aranjează elementele prin proprietăți periodice, care sunt tendințe recurente ale caracteristicilor fizice și chimice. Aceste tendințe pot fi prezise doar prin examinarea tabelului periodic și pot fi explicate și înțelese prin analizarea configurațiilor electronilor elementelor. Elementele tind să câștige sau să piardă electroni de valență pentru a realiza o formare de octet stabilă. Octetii stabili sunt observați în gazele inerte sau gaze nobile din grupa VIII din tabelul periodic. Pe lângă această activitate, există alte două tendințe importante. Mai întâi, electronii sunt adăugați unul pe rând, mișcându-se de la stânga la dreapta într-o perioadă. Pe măsură ce se întâmplă acest lucru, electronii cochiliei exterioare experimentează o atracție nucleară din ce în ce mai puternică, astfel încât electronii devin mai aproape de nucleu și mai strâns legați de acesta. În al doilea rând, mutând o coloană din tabelul periodic, electronii cei mai exteriori devin mai puțin strâns legați de nucleu. Acest lucru se întâmplă deoarece numărul de niveluri principale de energie (care protejează cei mai externi electroni de atracție spre nucleu) crește în jos în cadrul fiecărui grup. Aceste tendințe explică periodicitatea observată în proprietățile elementare ale razei atomice, energia ionizării, afinitatea electronilor și electronegativitatea.

Radius atomic

Raza atomică a unui element este jumătate din distanța dintre centrele a doi atomi ai acelui element care se ating doar unul pe celălalt. În general, raza atomică scade pe o perioadă de la stânga la dreapta și crește un grup dat. Atomii cu cele mai mari raze atomice sunt localizați în grupul I și în partea inferioară a grupurilor.

Deplasându-se de la stânga la dreapta într-o perioadă, electronii sunt adăugați unul câte unul la carcasa de energie exterioară. Electronii dintr-o cochilie nu se pot proteja reciproc de atracția față de protoni. Deoarece numărul protonilor este de asemenea în creștere, încărcarea nucleară efectivă crește pe parcursul unei perioade. Aceasta face ca raza atomică să scadă.

Trecând în jos un grup în tabelul periodic, numărul de electroni și cochilii de electroni umplu crește, dar numărul electronilor de valență rămâne același. Electronii cei mai exteriori dintr-un grup sunt expuși la aceeași sarcină nucleară eficientă, dar electronii sunt găsiți mai departe de nucleu pe măsură ce numărul de cochilii de energie umplute crește. Prin urmare, razele atomice cresc.

Energie de ionizare

Energia de ionizare, sau potențialul de ionizare, este energia necesară pentru a elimina complet un electron dintr-un atom sau ion gazos. Cu cât un electron este mai strâns și mai strâns legat de nucleu, cu atât va fi mai dificil de eliminat și cu atât mai mare va fi energia de ionizare a acestuia. Prima energie de ionizare este energia necesară pentru a elimina un electron din atomul părinte. A doua energie de ionizare este energia necesară pentru a îndepărta un al doilea electron de valență din ionul univalent pentru a forma ionul divalent și așa mai departe. Energiile succesive de ionizare cresc. A doua energie de ionizare este întotdeauna mai mare decât prima energie de ionizare. Energiile de ionizare cresc mișcându-se de la stânga la dreapta într-o perioadă (scăderea razei atomice). Energia de ionizare scade deplasându-se în josul unui grup (crescând raza atomică). Elementele din grupa I au energii de ionizare reduse deoarece pierderea unui electron formează un octet stabil.

Afinitatea electronilor

Afinitatea electronilor reflectă capacitatea unui atom de a accepta un electron. Este schimbarea de energie care are loc atunci când un electron este adăugat la un atom gazos. Atomii cu sarcină nucleară eficientă mai puternică au o afinitate mai mare de electroni. Se pot face unele generalizări despre afinitățile electronice ale anumitor grupuri din tabelul periodic. Elementele Grupului IIA, pământurile alcaline, au valori mici de afinitate a electronilor. Aceste elemente sunt relativ stabile, deoarece s-au umplut s subshell. Elementele grupului VIIA, halogenele, au afinități mari de electroni, deoarece adăugarea unui electron la un atom are ca rezultat o coajă complet umplută. Elementele din grupa VIII, gaze nobile, au afinități electronice aproape de zero, deoarece fiecare atom posedă un octet stabil și nu va accepta un electron ușor. Elementele altor grupuri au afinități reduse de electroni.

Într-o perioadă, halogenul va avea cea mai mare afinitate de electroni, în timp ce gazul nobil va avea cea mai mică afinitate de electroni. Afinitatea electronilor scade înaintând un grup, deoarece un nou electron ar fi mai departe de nucleul unui atom mare.

electronegativitate

Electronegativitatea este o măsură a atracției unui atom pentru electroni într-o legătură chimică. Cu cât electronegativitatea unui atom este mai mare, cu atât este mai mare atracția sa pentru legarea electronilor. Electronegativitatea este legată de energia de ionizare. Electronii cu energii de ionizare scăzute au electronegativități scăzute, deoarece nucleele lor nu exercită o forță atractivă puternică asupra electronilor. Elementele cu energii de ionizare ridicate au electronegativități ridicate datorită atracției puternice exercitate asupra electronilor de către nucleu. Într-un grup, electronegativitatea scade odată cu creșterea numărului atomic, ca urmare a distanței crescute între electronul de valență și nucleu (rază atomică mai mare). Un exemplu de element electropozitiv (de exemplu, electronegativitate scăzută) este cesiul; un exemplu de element extrem de electronegativ este fluorul.

Rezumatul proprietăților tabelului periodic al elementelor

Deplasarea la stânga → la dreapta

• Raza atomică scade
• Energia de ionizare crește
• Afinitatea electronilor crește în general (cu exceptia Afinitate cu electroni de gaze nobile în apropiere de zero)
• Electronegativitatea crește

Deplasare sus → partea de jos

• Raza atomică crește
• Energia de ionizare scade
• Afinitatea electronilor scade, în general, mutarea unui grup
• Electronegativitatea scade