週期性趨勢：原子半徑、電負度和游離能如何變化
週期性趨勢是元素性質在週期表上呈現的規律模式。沿著週期由左往右，原子半徑通常減小，電負度和游離能增加；沿著族由上往下，原子半徑增大，電負度和游離能減小。金屬性的變化方向則相反，在週期表的左下角最強。
每種趨勢背後的兩個概念
幾乎每種趨勢都來自兩個效應。第一個是核電荷。沿著週期，每個元素多一個質子，所以原子核對電子的拉力更大。加入同一殼層的電子彼此幾乎沒有屏蔽作用，所以從左到右，外層電子感受到的拉力越來越強，這稱為有效核電荷。
第二個是殼層數。沿著族往下，每個元素多一個被占據的殼層，所以外層電子離原子核更遠，而且被更多內層電子屏蔽。儘管原子核有更多質子，它們受到的束縛卻更鬆。
原子半徑
原子半徑衡量原子的大小。沿著週期，它通常會減小，因為更強的拉力把電子雲向內拉。沿著族往下，它會增大，因為每個新的殼層都位於更外面。陽離子比它的原子小，陰離子則比較大。
鹼金屬在本站的資料中清楚地展現了族內的趨勢：鋰 182 pm、鈉 227 pm、鉀 275 pm、銣 303 pm、銫 343 pm。半徑的數值取決於測量方式（共價半徑、金屬半徑或凡得瓦半徑），所以不同的對照表會給出不同的數字，而且沿著週期的趨勢是一般性的規律，並非完全平滑。
電負度
電負度衡量原子對化學鍵中共用電子的吸引力有多強。在鮑林標度上，它沿著週期上升，沿著族往下則下降。
在第 2 週期，它從鋰（0.98）經過碳（2.55）和氧（3.44），一路攀升到氟（3.98），也就是電負度最高的元素。沿著第 17 族往下，它從氟下降到氯（3.16）、溴（2.96）和碘（2.66）。最低的數值位於左下角，例如銫是 0.79。氦、氖和氬沒有數值，因為它們不形成穩定的化合物。
電負度的差值可以預測鍵的類型。差值很大時，例如鈉（0.93）和氯（3.16）之間，會形成離子鍵；差值很小時，則形成共價鍵。
游離能
游離能是從氣態原子中移走最外層電子所需的能量。它沿著週期上升，因為電子被束縛得更緊；沿著族往下則下降，因為外層電子離原子核更遠。
在第 3 週期，它從鈉的 5.139 eV 上升到氬的 15.76 eV；沿著第 1 族往下，則從鋰的 5.392 eV 下降到銫的 3.894 eV。氦的第一游離能是所有元素中最高的，為 24.587 eV。途中也有小幅的下降：硼比鈹低，因為它的外層電子位於能量較高的 2p 次殼層；氧比氮低，因為它的第四個 2p 電子與另一個電子共用同一個軌域，排斥作用使它更容易被移走。
金屬性與反應性
金屬性描述原子失去電子的難易程度。它的變化模式與游離能相反：沿著週期減弱，沿著族往下增強。這就是為什麼金屬性最強的元素，例如銫和鍅，位於左下角，而非金屬性最強的元素，例如氟和氧，位於右上角。
反應性由這些趨勢決定，但也取決於所屬的族。鹼金屬沿著族往下反應性越強，因為它們唯一的價電子更容易失去：鋰與水平穩地反應，而鉀則反應劇烈。鹵素沿著族往下反應性越弱，因為較大的原子對額外電子的吸引力較弱，所以氟是反應性最強的鹵素。
重點
- 沿著週期，原子半徑減小，而電負度和游離能增加。
- 沿著族往下，原子半徑增大，而電負度和游離能減小。
- 氟是電負度最高的元素（3.98），氦的游離能最高（24.587 eV）。
- 金屬性朝週期表的左下角增強，非金屬性則朝右上角增強。
- 這些趨勢來自核電荷把電子往內拉，以及額外的殼層把電子留在更外面。
自我檢測
三道關於這堂課的小測驗。
1. 沿著週期由左往右，原子半徑通常會如何變化？
顯示答案
減小 — 越來越大的核電荷把同一殼層中的電子拉得更近，所以原子變得更小。2. 哪一種元素的電負度最高？
顯示答案
氟 — 氟的電負度是所有元素中最高的，在鮑林標度上為 3.98。3. 為什麼游離能沿著族往下會減小？