Elementens periodiska egenskaper

Den periodiska tabellen ordnar elementen efter periodiska egenskaper, som är återkommande trender i fysikaliska och kemiska egenskaper. Dessa trender kan förutsägas bara genom att granska den periodiska tabellen och kan förklaras och förstås genom att analysera elektronkonfigurationerna för elementen. Element tenderar att få eller förlora valenselektroner för att uppnå stabil oktettbildning. Stabila oktetter ses i de inerta gaserna eller ädla gaserna i grupp VIII i det periodiska systemet. Utöver denna aktivitet finns det två andra viktiga trender. Först tillsätts elektroner en åt gången som rör sig från vänster till höger över en period. När detta händer upplever elektronerna i det yttersta skalet allt starkare kärnkraftsattraktion, så elektronerna blir närmare kärnan och tätare bundna till den. För det andra, när de rör sig ner i en kolumn i det periodiska systemet, blir de yttersta elektronema mindre tätt bundna till kärnan. Detta händer eftersom antalet fyllda huvudenerginivåer (som skyddar de yttersta elektronerna från attraktion till kärnan) ökar nedåt inom varje grupp. Dessa trender förklarar periodiciteten som observerats i grundegenskaperna hos atomradie, joniseringsenergi, elektronaffinitet och elektronegativitet.

Atom radie

Atomradie för ett element är hälften av avståndet mellan mitten av två atomer i det elementet som bara berör varandra. I allmänhet minskar atomradien över en period från vänster till höger och ökar ner en viss grupp. Atomerna med de största atomradierna finns i grupp I och i botten av grupperna.

När man rör sig från vänster till höger över en period läggs elektroner en åt gången till det yttre energihöljet. Elektroner i ett skal kan inte skydda varandra från attraktion till protoner. Eftersom antalet protoner också ökar ökar den effektiva kärnkraftsladdningen över en period. Detta får atomradien att minska.

När man rör sig ner i en grupp i det periodiska systemet ökar antalet elektroner och fyllda elektronskal, men antalet valenselektroner förblir detsamma. De yttersta elektronerna i en grupp utsätts för samma effektiva kärnkraftsladdning, men elektroner hittas längre från kärnan när antalet fyllda energisnäckor ökar. Därför ökar atomradierna.

Joniseringsenergi

Joniseringsenergin eller joniseringspotentialen är den energi som krävs för att ta bort en elektron från en gasformig atom eller jon fullständigt. Ju närmare och tätare bunden en elektron är till kärnan, desto svårare blir det att ta bort och desto högre blir dess joniseringsenergi. Den första joniseringsenergin är den energi som krävs för att ta bort en elektron från moderatomen. Den andra joniseringsenergin är den energi som krävs för att avlägsna en andra valenselektron från den envärda jonen för att bilda den divalenta jonen, och så vidare. På varandra följande joniseringsenergier ökar. Den andra joniseringsenergin är alltid större än den första joniseringsenergin. Ioniseringsenergier ökar rörelsen från vänster till höger över en period (minskande atomradie). Ioniseringsenergi minskar när man går ner i en grupp (ökar atomradie). Grupp I-element har låg joniseringsenergi eftersom förlusten av en elektron bildar en stabil oktett.

Elektronaffinitet

Elektronaffinitet återspeglar en atoms förmåga att acceptera en elektron. Det är energiförändringen som sker när en elektron tillförs en gasformig atom. Atomer med starkare effektiv kärnladdning har större elektronaffinitet. Vissa generaliseringar kan göras om elektronaffiniteter för vissa grupper i den periodiska tabellen. Grupp IIA-elementen, de alkaliska jordarna, har låga elektronaffinitetsvärden. Dessa element är relativt stabila eftersom de har fyllts s subshells. Grupp VIIA-element, halogenerna, har höga elektronaffiniteter eftersom tillsatsen av en elektron till en atom resulterar i ett helt fylt skal. Grupp VIII-element, ädla gaser, har elektronaffiniteter nära noll eftersom varje atom har en stabil oktett och inte kommer att acceptera en elektron lätt. Element från andra grupper har låg elektronaffinitet.

Under en period har halogen den högsta elektronaffiniteten, medan den ädla gasen har den lägsta elektronaffiniteten. Elektronaffinitet minskar när man går ner i en grupp eftersom en ny elektron skulle ligga längre från kärnan i en stor atom.

Elektronnegativitet

Elektronegativitet är ett mått på attraktionen hos en atom för elektronerna i en kemisk bindning. Ju högre elektromegativitet en atom har, desto större är attraktionen för att binda elektroner. Elektronegativitet är relaterat till joniseringsenergi. Elektroner med låg joniseringsenergi har låga elektronegativiteter eftersom deras kärnor inte utövar en stark attraktiv kraft på elektroner. Element med hög joniseringsenergi har höga elektronegativiteter på grund av det starka draget som utövas på elektroner av kärnan. I en grupp minskar elektronegativiteten när atomantalet ökar, till följd av det ökade avståndet mellan valenselektronen och kärnan (större atomradie). Ett exempel på ett elektropositivt (dvs låg elektronegativitet) element är cesium; ett exempel på ett starkt elektronegativt element är fluor.

Sammanfattning av periodiska egenskaper för element

Flytta åt vänster → Höger

• Atomradien minskar
• Joniseringsenergin ökar
• Elektronaffinitet ökar generellt (bortsett från Noble Gas Electron Affinity Near Zero)
• Elektronegativitet ökar

Flytta toppen → botten

• Atomradien ökar
• Ionisering Energi minskar
• Elektronaffinitet minskar i allmänhet att flytta ner i en grupp
• Elektronegativitet minskar