周期的傾向：原子半径、電気陰性度、イオン化エネルギーの変化

すべての傾向の背後にある2つの考え方

ほとんどすべての傾向は、2つの効果から生じます。1つ目は核電荷です。周期を横切ると、各元素は陽子が1個ずつ増えるので、原子核が電子をより強く引きつけます。同じ殻に加わる電子どうしはほとんど遮蔽し合わないので、外側の電子は、左から右へ向かって有効核電荷とよばれるより強い引力を感じます。

2つ目は電子殻の数です。族を下へ進むと、電子の入った殻が1つずつ増えるので、外側の電子は原子核から遠くなり、より多くの内側の電子に遮蔽されます。原子核の陽子が増えていても、束縛は弱くなります。

原子半径

原子半径は原子の大きさを表します。周期を横切ると、より強い引力が電子雲を内側に引き寄せるため、一般に小さくなります。族を下へ進むと、新しい殻がより外側にできるため、大きくなります。陽イオンは元の原子より小さく、陰イオンは大きくなります。

このサイトのデータでは、アルカリ金属が族に沿った傾向をはっきり示しています。リチウム182 pm、ナトリウム227 pm、カリウム275 pm、ルビジウム303 pm、セシウム343 pmです。半径の値は測り方（共有結合半径、金属結合半径、ファンデルワールス半径）によって変わるため、表によって数値は異なり、周期に沿った傾向も、完全に滑らかというより、おおまかなパターンです。

電気陰性度

電気陰性度は、原子が化学結合で共有された電子をどれだけ強く引きつけるかを表します。ポーリングの尺度では、周期を横切ると大きくなり、族を下へ進むと小さくなります。

第2周期では、リチウム（0.98）から炭素（2.55）、酸素（3.44）を経て、最も電気陰性度の大きい元素であるフッ素（3.98）まで上がります。第17族を下へ進むと、フッ素から塩素（3.16）、臭素（2.96）、ヨウ素（2.66）へと下がります。最も低い値は左下にあり、セシウムは0.79です。ヘリウム、ネオン、アルゴンは安定な化合物をつくらないので、値がありません。

電気陰性度の差から、結合の種類を予測できます。ナトリウム（0.93）と塩素（3.16）のように差が大きいとイオン結合に、差が小さいと共有結合になります。

イオン化エネルギー

イオン化エネルギーは、気体状態の原子から最も外側の電子を1個取り除くのに必要なエネルギーです。周期を横切ると、電子がより強く束縛されるため大きくなり、族を下へ進むと、外側の電子が原子核から遠くなるため小さくなります。

第3周期では、ナトリウムの5.139 eVからアルゴンの15.76 eVまで上がり、第1族では、リチウムの5.392 eVからセシウムの3.894 eVまで下がります。ヘリウムの第1イオン化エネルギーは、すべての元素の中で最も高い24.587 eVです。途中には小さな凹みがあります。ホウ素はベリリウムより低く、これは外側の電子がよりエネルギーの高い2p副殻にあるからです。また酸素は窒素より低く、これは4個目の2p電子が軌道を共有していて、反発のために取り除きやすくなるからです。

金属性と反応性

金属性は、原子がどれだけ電子を失いやすいかを表します。イオン化エネルギーとは逆のパターンで、周期を横切ると小さくなり、族を下へ進むと大きくなります。そのため、セシウムやフランシウムのように最も金属的な元素は左下にあり、フッ素や酸素のように最も非金属的な元素は右上にあります。

反応性はこうした傾向に従いますが、族によって異なります。アルカリ金属は、価電子1個がより失われやすくなるため、族を下へ進むほど反応性が高くなります。リチウムは水とゆるやかに反応しますが、カリウムは激しく反応します。ハロゲンは、原子が大きいほど余分な電子を引きつける力が弱くなるため、族を下へ進むほど反応性が低くなり、フッ素が最も反応性の高いハロゲンです。