Закономерности периодической таблицы: объяснение

Закономерность атомного радиуса

Атомный радиус уменьшается слева направо вдоль периода и увеличивается вниз по группе. При движении вправо каждый элемент добавляет протон, но его новый электрон попадает на ту же внешнюю оболочку, где слабо экранирует остальные. Эффективный заряд ядра, который чувствуют внешние электроны, растёт и притягивает их ближе. При движении вниз каждый период добавляет новую оболочку, расположенную дальше от ядра, поэтому атомы становятся больше.

Показанные радиусы — это радиусы Ван-дер-Ваальса из PubChem, в пикометрах. Они хорошо следуют закономерности вниз по группе, от лития (182 pm) к натрию (227 pm) и калию (275 pm), но менее регулярны вдоль периода.

Закономерность энергии ионизации

Энергия ионизации, то есть энергия, необходимая, чтобы удалить самый внешний электрон атома, растёт вдоль периода и уменьшается вниз по группе. Меньшие атомы удерживают внешние электроны прочнее, поэтому для отрыва одного из них нужно больше энергии. В периодах с 2 по 6 у щелочного металла значение самое низкое, а у благородного газа самое высокое, с небольшими провалами у группы 13 и, в периодах с 2 по 4, у группы 16.

Закономерность электроотрицательности

Электроотрицательность, то есть притяжение атомом общих электронов связи, тоже растёт вдоль периода и уменьшается вниз по группе по той же причине: более сильный эффективный заряд ядра действует на электроны, расположенные ближе к ядру. Фтор вверху справа — самый электроотрицательный элемент. Благородные газы обычно не рассматривают, потому что гелий, неон и аргон не образуют соединений.

Закономерность металлического характера

Металлический характер описывает, насколько легко атом теряет электроны и ведёт себя как металл. Он следует за атомным радиусом: растёт вниз по группе и уменьшается вдоль периода, потому что большие атомы со слабо удерживаемыми внешними электронами легко их отдают. Самые металлические элементы находятся внизу слева, самые неметаллические — вверху справа, а металлоиды вдоль ступенчатой линии отмечают переход. Вид «металлы, неметаллы и металлоиды» показывает это разделение.

Пример: натрий и хлор

Натрий и хлор стоят на противоположных концах периода 3. У натрия радиус 227 pm, первая энергия ионизации 5,139 эВ и электроотрицательность 0,93. У хлора радиус 175 pm, энергия ионизации 12,968 эВ и электроотрицательность 3,16. Натрий легко отдаёт свой единственный внешний электрон, а хлор сильно притягивает электроны, поэтому при реакции электрон переходит от натрия к хлору, образуя ионное соединение хлорид натрия.