Periodické trendy: jak se mění atomový poloměr, elektronegativita a ionizační energie

Dvě myšlenky za každým trendem

Téměř každý trend vychází ze dvou efektů. Prvním je náboj jádra. Napříč periodou má každý prvek o jeden proton více, takže jádro přitahuje elektrony silněji. Elektrony přidávané do téže slupky se navzájem téměř nestíní, takže vnější elektrony cítí zleva doprava silnější přitažlivost, zvanou efektivní náboj jádra.

Druhým je počet slupek. Dolů ve skupině má každý prvek o jednu obsazenou slupku více, takže vnější elektrony leží dále od jádra a jsou stíněny větším počtem vnitřních elektronů. Jsou drženy méně pevně, přestože jádro má více protonů.

Atomový poloměr

Atomový poloměr udává velikost atomu. Napříč periodou obecně klesá, protože silnější přitažlivost stahuje elektronový oblak dovnitř. Dolů ve skupině roste, protože každá nová slupka leží dále. Kladné ionty jsou menší než jejich atomy a záporné ionty jsou větší.

Alkalické kovy ukazují trend ve skupině jasně v datech tohoto webu: lithium 182 pm, sodík 227 pm, draslík 275 pm, rubidium 303 pm a cesium 343 pm. Hodnoty poloměru závisejí na způsobu měření (kovalentní, kovový nebo van der Waalsův poloměr), takže různé tabulky uvádějí různá čísla, a trend napříč periodou je obecný vzorec, nikoli dokonale plynulý průběh.

Elektronegativita

Elektronegativita měří, jak silně atom přitahuje sdílené elektrony v chemické vazbě. Na Paulingově stupnici roste napříč periodou a klesá dolů ve skupině.

Ve 2. periodě roste od lithia (0,98) přes uhlík (2,55) a kyslík (3,44) po fluor (3,98), nejelektronegativnější prvek. Dolů v 17. skupině klesá od fluoru k chloru (3,16), bromu (2,96) a jodu (2,66). Nejnižší hodnoty jsou vlevo dole, například cesium s 0,79. Helium, neon a argon hodnotu nemají, protože netvoří stabilní sloučeniny.

Rozdíl elektronegativit předpovídá typ vazby. Velký rozdíl, například mezi sodíkem (0,93) a chlorem (3,16), dává iontovou vazbu, zatímco malý rozdíl dává vazbu kovalentní.

Ionizační energie

Ionizační energie je energie potřebná k odtržení nejvzdálenějšího elektronu z atomu v plynném stavu. Roste napříč periodou, protože elektrony jsou drženy pevněji, a klesá dolů ve skupině, protože vnější elektron je dále od jádra.

Napříč 3. periodou roste z 5,139 eV u sodíku na 15,76 eV u argonu a dolů v 1. skupině klesá z 5,392 eV u lithia na 3,894 eV u cesia. Helium má nejvyšší první ionizační energii ze všech prvků, 24,587 eV. Cestou se vyskytují drobné poklesy: bor je nižší než beryllium, protože jeho vnější elektron je v podslupce 2p s vyšší energií, a kyslík je nižší než dusík, protože jeho čtvrtý elektron 2p sdílí orbital s jiným, kde odpuzování usnadňuje jeho odtržení.

Kovový charakter a reaktivita

Kovový charakter popisuje, jak snadno atom odevzdává elektrony. Řídí se opačným vzorcem než ionizační energie: klesá napříč periodou a roste dolů ve skupině. Proto jsou nejkovovější prvky, například cesium a francium, vlevo dole a nejnekovovější, například fluor a kyslík, vpravo nahoře.

Reaktivita z těchto trendů vyplývá, ale závisí na skupině. Alkalické kovy jsou dolů ve skupině reaktivnější, protože jejich jediný valenční elektron se odevzdává snadněji: lithium reaguje s vodou pozvolna, zatímco draslík prudce. Halogeny jsou dolů ve skupině méně reaktivní, protože větší atomy přitahují další elektron slaběji, takže fluor je nejreaktivnější halogen.