Kecenderungan periodik: perubahan jari-jari atom, keelektronegatifan, dan energi ionisasi

Dua gagasan di balik setiap kecenderungan

Hampir setiap kecenderungan berasal dari dua efek. Yang pertama adalah muatan inti. Sepanjang satu periode, setiap unsur memiliki satu proton lebih banyak, sehingga inti menarik elektron lebih kuat. Elektron yang ditambahkan ke kulit yang sama hampir tidak saling melindungi, sehingga elektron terluar merasakan tarikan yang makin kuat, yang disebut muatan inti efektif, dari kiri ke kanan.

Yang kedua adalah jumlah kulit. Ke bawah dalam satu golongan, setiap unsur memiliki satu kulit terisi lebih banyak, sehingga elektron terluar berada lebih jauh dari inti dan terlindungi oleh lebih banyak elektron dalam. Elektron itu terikat lebih lemah, meskipun inti memiliki lebih banyak proton.

Jari-jari atom

Jari-jari atom mengukur ukuran sebuah atom. Sepanjang satu periode, jari-jari ini umumnya mengecil, karena tarikan yang lebih kuat menarik awan elektron ke dalam. Ke bawah dalam satu golongan, jari-jari membesar, karena setiap kulit baru berada lebih jauh ke luar. Ion positif lebih kecil daripada atomnya, dan ion negatif lebih besar.

Logam alkali menunjukkan kecenderungan golongan dengan jelas dalam data situs ini: litium 182 pm, natrium 227 pm, kalium 275 pm, rubidium 303 pm, dan sesium 343 pm. Nilai jari-jari bergantung pada cara pengukurannya (jari-jari kovalen, logam, atau van der Waals), sehingga tabel yang berbeda memberi angka yang berbeda, dan kecenderungan sepanjang satu periode merupakan pola umum, bukan pola yang sepenuhnya mulus.

Keelektronegatifan

Keelektronegatifan mengukur seberapa kuat atom menarik elektron yang dipakai bersama dalam ikatan kimia. Pada skala Pauling, nilainya naik sepanjang satu periode dan turun ke bawah dalam satu golongan.

Pada periode 2, nilainya naik dari litium (0,98) melalui karbon (2,55) dan oksigen (3,44) hingga fluorin (3,98), unsur yang paling elektronegatif. Ke bawah dalam golongan 17, nilainya turun dari fluorin ke klorin (3,16), bromin (2,96), dan iodin (2,66). Nilai terendah berada di kiri bawah, seperti sesium dengan 0,79. Helium, neon, dan argon tidak memiliki nilai karena tidak membentuk senyawa yang stabil.

Selisih keelektronegatifan memprediksi jenis ikatan. Selisih yang besar, seperti antara natrium (0,93) dan klorin (3,16), menghasilkan ikatan ion, sedangkan selisih yang kecil menghasilkan ikatan kovalen.

Energi ionisasi

Energi ionisasi adalah energi yang dibutuhkan untuk melepas elektron terluar dari atom dalam fase gas. Nilainya naik sepanjang satu periode, karena elektron terikat lebih kuat, dan turun ke bawah dalam satu golongan, karena elektron terluar lebih jauh dari inti.

Sepanjang periode 3, nilainya naik dari 5,139 eV untuk natrium menjadi 15,76 eV untuk argon, dan ke bawah dalam golongan 1 nilainya turun dari 5,392 eV untuk litium menjadi 3,894 eV untuk sesium. Helium memiliki energi ionisasi pertama tertinggi dari semua unsur, 24,587 eV. Ada penurunan kecil di sepanjang jalan: boron lebih rendah daripada berilium karena elektron terluarnya berada di subkulit 2p yang berenergi lebih tinggi, dan oksigen lebih rendah daripada nitrogen karena elektron 2p keempatnya berbagi orbital, tempat tolakan membuatnya lebih mudah dilepas.

Sifat logam dan reaktivitas

Sifat logam menggambarkan seberapa mudah atom melepas elektron. Polanya berlawanan dengan energi ionisasi: menurun sepanjang satu periode dan meningkat ke bawah dalam satu golongan. Itulah sebabnya unsur yang paling bersifat logam, seperti sesium dan fransium, berada di kiri bawah, dan yang paling bersifat nonlogam, seperti fluorin dan oksigen, berada di kanan atas.

Reaktivitas mengikuti kecenderungan ini tetapi bergantung pada golongannya. Logam alkali makin reaktif ke bawah dalam golongan karena satu elektron valensinya lebih mudah dilepas: litium bereaksi dengan air secara tenang, sedangkan kalium bereaksi dengan hebat. Halogen makin kurang reaktif ke bawah dalam golongan karena atom yang lebih besar menarik satu elektron tambahan dengan lebih lemah, sehingga fluorin adalah halogen yang paling reaktif.