De periodieke eigenschappen van de elementen

Het periodiek systeem rangschikt de elementen volgens periodieke eigenschappen, die terugkerende trends zijn in fysische en chemische eigenschappen. Deze trends kunnen alleen worden voorspeld door het periodiek systeem te onderzoeken en kunnen worden verklaard en begrepen door de elektronenconfiguraties van de elementen te analyseren. Elementen hebben de neiging valentie-elektronen te winnen of te verliezen om een ​​stabiele octetvorming te bereiken. Stabiele octetten worden gezien in de inerte gassen, of edelgassen, van groep VIII van het periodiek systeem. Naast deze activiteit zijn er nog twee andere belangrijke trends. Eerst worden elektronen één voor één toegevoegd die zich gedurende een periode van links naar rechts verplaatsen. Terwijl dit gebeurt, ondervinden de elektronen van de buitenste schil een steeds sterkere nucleaire aantrekkingskracht, zodat de elektronen dichter bij de kern komen te liggen en er nauwer aan worden gebonden. Ten tweede worden de buitenste elektronen, wanneer ze in een kolom in het periodiek systeem naar beneden bewegen, minder nauw gebonden aan de kern. Dit gebeurt omdat het aantal gevulde hoofdenergieniveaus (die de buitenste elektronen beschermen tegen aantrekking tot de kern) binnen elke groep naar beneden toeneemt. Deze trends verklaren de waargenomen periodiciteit in de elementaire eigenschappen van atomaire straal, ionisatie-energie, elektronaffiniteit en elektronegativiteit.

Atoomradius

De atoomstraal van een element is de helft van de afstand tussen de centra van twee atomen van dat element die elkaar net raken. Over het algemeen neemt de atoomstraal af over een periode van links naar rechts en neemt een bepaalde groep af. De atomen met de grootste atoomstralen bevinden zich in groep I en onderaan groepen.

Gedurende een periode van links naar rechts bewegen, worden elektronen één voor één toegevoegd aan de buitenste energieschaal. Elektronen in een schil kunnen elkaar niet beschermen tegen de aantrekking tot protonen. Omdat het aantal protonen ook toeneemt, neemt de effectieve nucleaire lading over een periode toe. Hierdoor neemt de atomaire straal af.

Door een groep in het periodiek systeem naar beneden te bewegen, neemt het aantal elektronen en gevulde elektronenschillen toe, maar het aantal valentie-elektronen blijft hetzelfde. De buitenste elektronen in een groep worden blootgesteld aan dezelfde effectieve nucleaire lading, maar elektronen worden verder van de kern gevonden naarmate het aantal gevulde energieschillen toeneemt. Daarom nemen de atoomstralen toe.

Ionisatieenergie

De ionisatie-energie, of ionisatiepotentiaal, is de energie die nodig is om een ​​elektron volledig uit een gasvormig atoom of ion te verwijderen. Hoe dichter en nauwer een elektron aan de kern is, hoe moeilijker het zal zijn om te verwijderen, en hoe hoger de ionisatie-energie ervan zal zijn. De eerste ionisatie-energie is de energie die nodig is om één elektron uit het ouderatoom te verwijderen. De tweede ionisatie-energie is de energie die nodig is om een ​​tweede valentie-elektron uit het univalente ion te verwijderen om het divalente ion te vormen, enzovoort. Opeenvolgende ionisatie-energieën nemen toe. De tweede ionisatie-energie is altijd groter dan de eerste ionisatie-energie. Ionisatie-energieën nemen gedurende een periode van links naar rechts toe (afnemende atoomstraal). Ionisatie-energie neemt af naar beneden in een groep (toenemende atoomstraal). Groep I elementen hebben lage ionisatie-energieën omdat het verlies van een elektron een stabiel octet vormt.

Electron Affinity

Elektronenaffiniteit weerspiegelt het vermogen van een atoom om een ​​elektron te accepteren. Het is de energieverandering die optreedt wanneer een elektron wordt toegevoegd aan een gasvormig atoom. Atomen met sterkere effectieve nucleaire lading hebben een grotere elektronaffiniteit. Er kunnen enkele generalisaties worden gemaakt over de elektronaffiniteiten van bepaalde groepen in het periodiek systeem. De elementen van Groep IIA, de aardalkalimetalen, hebben lage elektronenaffiniteitswaarden. Deze elementen zijn relatief stabiel omdat ze zijn gevuld s subshells. Groep VIIA-elementen, de halogenen, hebben hoge elektronaffiniteiten omdat de toevoeging van een elektron aan een atoom resulteert in een volledig gevulde schaal. Elementen van groep VIII, edelgassen, hebben elektronaffiniteiten in de buurt van nul, omdat elk atoom een ​​stabiel octet bezit en een elektron niet gemakkelijk zal accepteren. Elementen van andere groepen hebben lage elektronaffiniteiten.

In een periode zal het halogeen de hoogste elektronenaffiniteit hebben, terwijl het edelgas de laagste elektronenaffiniteit zal hebben. Elektronenaffiniteit neemt af naar beneden in een groep omdat een nieuw elektron verder van de kern van een groot atoom zou zijn.

Elektronegativiteit

Elektronegativiteit is een maat voor de aantrekking van een atoom voor de elektronen in een chemische binding. Hoe hoger de elektronegativiteit van een atoom, hoe groter de aantrekkingskracht ervan voor het binden van elektronen. Elektronegativiteit is gerelateerd aan ionisatie-energie. Elektronen met lage ionisatie-energieën hebben lage elektronegativiteiten omdat hun kernen geen sterke aantrekkingskracht uitoefenen op elektronen. Elementen met hoge ionisatie-energieën hebben hoge elektronegativiteiten vanwege de sterke aantrekkingskracht die door de kern op elektronen wordt uitgeoefend. In een groep neemt de elektronegativiteit af naarmate het atoomnummer toeneemt, als gevolg van de grotere afstand tussen het valentie-elektron en de kern (grotere atoomstraal). Een voorbeeld van een elektropositief (d.w.z. lage elektronegativiteit) element is cesium; een voorbeeld van een sterk elektronegatief element is fluor.

Samenvatting van de periodieke tabeleigenschappen van elementen

Links naar rechts verplaatsen

• Atoomradius neemt af
• Ionisatie-energie neemt toe
• Elektronenaffiniteit neemt over het algemeen toe (behalve Noble Gas Electron Affinity Near Zero)
• Elektronegativiteit neemt toe

Bovenaan verplaatsen → Onderaan

• Atoomradius neemt toe
• Ionisatie-energie neemt af
• Electron Affinity neemt doorgaans af in een groep
• Elektronegativiteit neemt af