Periodiska trender: så förändras atomradie, elektronegativitet och joniseringsenergi

Två idéer bakom varje trend

Nästan varje trend kommer från två effekter. Den första är kärnladdningen. Längs en period har varje grundämne en proton mer, så atomkärnan drar hårdare i elektronerna. Elektroner som läggs till i samma skal skärmar knappt av varandra, så de yttre elektronerna känner ett starkare drag, kallat effektiv kärnladdning, från vänster till höger.

Den andra är antalet skal. Nedåt i en grupp har varje grundämne ett skal till som är upptaget, så de yttre elektronerna sitter längre från atomkärnan och skärmas av fler inre elektroner. De hålls lösare, trots att atomkärnan har fler protoner.

Atomradie

Atomradien mäter en atoms storlek. Längs en period minskar den i regel, eftersom det starkare draget drar elektronmolnet inåt. Nedåt i en grupp ökar den, eftersom varje nytt skal sitter längre ut. Positiva joner är mindre än sina atomer, och negativa joner är större.

Alkalimetallerna visar gruppens trend tydligt i den här webbplatsens data: litium 182 pm, natrium 227 pm, kalium 275 pm, rubidium 303 pm och cesium 343 pm. Radievärden beror på hur de mäts (kovalent, metallisk eller van der Waals-radie), så olika tabeller anger olika tal, och trenden längs en period är ett allmänt mönster snarare än ett helt jämnt.

Elektronegativitet

Elektronegativitet mäter hur starkt en atom drar till sig de delade elektronerna i en kemisk bindning. På Paulingskalan ökar den längs en period och minskar nedåt i en grupp.

I period 2 stiger den från litium (0,98) via kol (2,55) och syre (3,44) till fluor (3,98), det mest elektronegativa grundämnet. Nedåt i grupp 17 sjunker den från fluor till klor (3,16), brom (2,96) och jod (2,66). De lägsta värdena finns längst ned till vänster, till exempel cesium med 0,79. Helium, neon och argon saknar värde eftersom de inte bildar några stabila föreningar.

Skillnaden i elektronegativitet förutsäger typen av bindning. En stor skillnad, som mellan natrium (0,93) och klor (3,16), ger en jonbindning, medan en liten skillnad ger en kovalent bindning.

Joniseringsenergi

Joniseringsenergi är den energi som krävs för att ta bort den yttersta elektronen från en atom i gasfas. Den ökar längs en period, eftersom elektronerna hålls hårdare, och minskar nedåt i en grupp, eftersom den yttre elektronen sitter längre från atomkärnan.

Längs period 3 stiger den från 5,139 eV för natrium till 15,76 eV för argon, och nedåt i grupp 1 sjunker den från 5,392 eV för litium till 3,894 eV för cesium. Helium har den högsta första joniseringsenergin av alla grundämnen, 24,587 eV. Det finns små svackor på vägen: bor ligger lägre än beryllium eftersom dess yttre elektron sitter i ett 2p-delskal med högre energi, och syre ligger lägre än kväve eftersom dess fjärde 2p-elektron delar orbital med en annan, där repulsionen gör den lättare att ta bort.

Metallisk karaktär och reaktivitet

Metallisk karaktär beskriver hur lätt en atom avger elektroner. Den följer motsatt mönster mot joniseringsenergin: den minskar längs en period och ökar nedåt i en grupp. Därför står de mest metalliska grundämnena, som cesium och francium, längst ned till vänster, och de mest icke-metalliska, som fluor och syre, uppe till höger.

Reaktiviteten följer av de här trenderna men beror på gruppen. Alkalimetaller blir mer reaktiva nedåt i gruppen eftersom deras enda valenselektron är lättare att avge: litium reagerar jämnt med vatten, medan kalium reagerar våldsamt. Halogener blir mindre reaktiva nedåt i gruppen eftersom större atomer drar till sig en extra elektron svagare, så fluor är den mest reaktiva halogenen.