Giải thích các xu hướng của bảng tuần hoàn

Xu hướng bán kính nguyên tử

Bán kính nguyên tử giảm từ trái sang phải trong một chu kì và tăng xuống dưới trong một nhóm. Khi đi sang phải, mỗi nguyên tố thêm một proton, nhưng electron mới của nó vào cùng lớp ngoài cùng, nơi nó chỉ che chắn các electron khác yếu ớt. Điện tích hạt nhân hiệu dụng mà các electron ngoài cùng cảm nhận tăng lên và kéo chúng lại gần hơn. Khi đi xuống, mỗi chu kì thêm một lớp mới xa hạt nhân hơn, nên các nguyên tử lớn hơn.

Các bán kính hiển thị là bán kính van der Waals từ PubChem, tính bằng picomet. Chúng theo xu hướng rõ ràng khi đi xuống một nhóm, từ lithium (182 pm) đến natri (227 pm) đến kali (275 pm), nhưng kém đều đặn hơn dọc theo một chu kì.

Xu hướng năng lượng ion hóa

Năng lượng ion hóa, năng lượng cần để tách electron ngoài cùng của một nguyên tử, tăng dọc theo một chu kì và giảm xuống dưới trong một nhóm. Các nguyên tử nhỏ hơn giữ electron ngoài cùng chặt hơn, nên cần nhiều năng lượng hơn để kéo một electron đi. Ở các chu kì 2 đến 6, kim loại kiềm có giá trị thấp nhất và khí hiếm cao nhất, với những chỗ trũng nhỏ ở nhóm 13 và, ở các chu kì 2 đến 4, ở nhóm 16.

Xu hướng độ âm điện

Độ âm điện, lực kéo của một nguyên tử đối với các electron dùng chung trong liên kết, cũng tăng dọc theo một chu kì và giảm xuống dưới trong một nhóm, vì cùng một lí do: điện tích hạt nhân hiệu dụng mạnh hơn tác dụng lên các electron gần hạt nhân hơn. Flo, ở phía trên bên phải, là nguyên tố có độ âm điện lớn nhất. Các khí hiếm thường bị bỏ ra ngoài, vì helium, neon và argon không tạo hợp chất.

Xu hướng tính kim loại

Tính kim loại mô tả mức độ một nguyên tử dễ mất electron và cư xử như kim loại. Nó theo bán kính nguyên tử: tăng xuống dưới trong một nhóm và giảm dọc theo một chu kì, vì các nguyên tử lớn với electron ngoài cùng được giữ lỏng lẻo dễ nhường chúng đi. Các nguyên tố có tính kim loại mạnh nhất nằm ở phía dưới bên trái, các nguyên tố có tính phi kim mạnh nhất ở phía trên bên phải, và các á kim dọc đường bậc thang đánh dấu sự chuyển tiếp. Chế độ xem kim loại, phi kim và á kim cho thấy sự phân chia này.

Ví dụ: natri và clo

Natri và clo nằm ở hai đầu đối diện của chu kì 3. Natri có bán kính 227 pm, năng lượng ion hóa thứ nhất 5,139 eV và độ âm điện 0,93. Clo có bán kính 175 pm, năng lượng ion hóa 12,968 eV và độ âm điện 3,16. Natri dễ nhường electron ngoài cùng duy nhất của nó còn clo kéo electron mạnh, nên khi chúng phản ứng, electron chuyển từ natri sang clo, tạo thành hợp chất ion natri chloride.