Periodické trendy - Periodic trends
Periodické trendy jsou specifické vzorce ve vlastnostech chemických prvků, které jsou odhaleny v periodické tabulce prvků. Mezi hlavní periodické trendy patří elektronegativita , ionizační energie , elektronová afinita , atomové poloměry , iontový poloměr , kovový charakter a chemická reaktivita .
Periodické trendy vyplývají ze změn v atomové struktuře chemických prvků v jejich příslušných periodách (horizontálních řadách) a skupinách v periodické tabulce. Tyto zákony umožňují uspořádání chemických prvků v periodické tabulce na základě jejich atomových struktur a vlastností. Vzhledem k periodickým trendům mohou být částečně známy neznámé vlastnosti jakéhokoli prvku.
Existuje však několik výjimek, jako je ionizační energie ve skupině 3, trend afinity elektronů skupiny 17, trend hustoty alkalických kovů aka prvků skupiny 1 atd.
Periodické trendy
Periodické trendy vycházejí z periodického zákona , který uvádí, že pokud jsou chemické prvky uvedeny v pořadí podle rostoucího atomového čísla , řada jejich vlastností prochází cyklickými změnami, přičemž prvky podobných vlastností se v intervalech opakují. Například po uspořádání prvků v jejich rostoucích atomových číslech se mnohé z fyzikálních a chemických vlastností lithia , jako je jeho silná reaktivita s vodou, znovu objeví v sodíku , draslíku a cesiu .
Tento princip objevil ruský chemik Dmitrij Mendělejev v roce 1871 po řadě výzkumů vědců v 19. století. Mendeleev také navrhl periodický systém prvků, který byl založen nejen na atomových hmotnostech, ale také na chemických a fyzikálních vlastnostech prvků a jejich sloučenin. V roce 1913 Henry Moseley určil, že periodicita závisí spíše na atomovém čísle než na atomové hmotnosti. Lothar Meyer představil svůj stůl několik měsíců po Mendělejevovi, ale postavil se proti jeho periodickému zákonu. Zpočátku nebylo k dispozici žádné teoretické vysvětlení periodického zákona a používalo se pouze jako empirický princip, ale s rozvojem kvantové mechaniky bylo možné porozumět teoretickým základům periodického zákona.
Periodická recidiva prvků s podobnými fyzikálními a chemickými vlastnostmi, když jsou prvky uvedeny v pořadí podle rostoucího atomového čísla, vyplývá přímo z periodické recidivy podobných elektronických konfigurací ve vnějších obalech příslušných atomů.
Objev periodického zákona představuje jednu z nejdůležitějších událostí v historii chemické vědy. Téměř každý chemik provádí rozsáhlé a trvalé používání periodického zákona. Periodický zákon také vedl k vývoji periodické tabulky , která je široce používána v celé řadě oblastí.
Atomový poloměr
Atomový poloměr je vzdálenost od atomového jádra k nejvzdálenějšímu stabilnímu elektronovému orbitálu v atomu, který je v rovnováze . Atomový poloměr má tendenci se zmenšovat v období zleva doprava v důsledku zmenšování atomu kvůli zvyšování efektivní jaderné síly na elektrony. Atomový poloměr se obvykle zvyšuje při klesání skupiny v důsledku přidání nové energetické úrovně (skořápka, která způsobuje zmenšování velikosti atomů v průběhu období). Atomové poloměry však mají tendenci se zvyšovat diagonálně, protože počet elektronů má větší účinek než značné jádro. Například lithium (145 pikometr) má menší atomový poloměr než hořčík (150 pikometr).
Existují 4 typy atomového poloměru:
- Kovalentní poloměr: poloviční vzdálenost mezi dvěma atomy diatomické sloučeniny, jednotlivě vázané.
- Van der Waalsův poloměr: poloviční vzdálenost mezi jádry atomů různých molekul v mřížce kovalentních molekul.
- Kovový poloměr: poloviční vzdálenost mezi dvěma sousedními jádry atomů v kovové mřížce.
- Iontový poloměr: poloviční vzdálenost mezi dvěma jádry prvků iontové sloučeniny.
Ionizační energie
Ionizační potenciál je minimální množství energie potřebné k odstranění jednoho elektronu z každého atomu v molu izolovaného, neutrálního a plynného atomu. První ionizační energie je energie potřebná k odstranění první elektron, a obecně n-tou ionizační energie je energie potřebná pro odstranění atomu n th elektron, po ( n -1) elektronů, před tím, než byl odstraněn. Ionizační energie má tendenci se zvyšovat, zatímco člověk postupuje napříč obdobím, protože větší počet protonů (vyšší jaderný náboj) přitahuje obíhající elektrony silněji, čímž se zvyšuje energie potřebná k odstranění jednoho z elektronů. Ionizační energie a ionizační potenciál jsou zcela odlišné. Potenciál je intenzivní vlastnost a měří se pomocí „voltů“; zatímco energie je rozsáhlá vlastnost vyjádřená „eV“ nebo „kJ/mol“.
Jak postupujeme dolů po skupině v periodické tabulce, ionizační energie se pravděpodobně sníží, protože valenční elektrony jsou dále od jádra a zažívají slabší přitažlivost k kladnému náboji jádra. V daném období dojde ke zvýšení ionizační energie zleva doprava a zhora dolů. Zpravidla vyžaduje k odstranění elektronu vnějšího pláště mnohem méně energie než elektron ve vnitřním obalu. Výsledkem je, že ionizační energie pro daný prvek se budou v daném obalu neustále zvyšovat a při startu na dalším plášti dolů se projeví drastický skok v ionizační energii. Jednoduše řečeno, čím nižší je hlavní kvantové číslo, tím vyšší je ionizační energie pro elektrony v tomto obalu. Výjimkou jsou prvky v rodině bóru a kyslíku, které vyžadují o něco méně energie než obecný trend.
Elektronová afinita
Elektronovou afinitu atomu lze popsat buď jako energii uvolněnou atomem, když je k němu přidán elektron, a naopak jako energii potřebnou k oddělení elektronu od jednoduše nabitého aniontu . Znak elektronové afinity může být docela matoucí, protože atomy, které se stávají stabilnějšími s přidáním elektronu (a proto jsou považovány za látky s vyšší afinitou elektronů), vykazují pokles potenciální energie; tj. energie získaná atomem se zdá být negativní. V takovém případě je elektronová afinita atomu kladná. U atomů, které se po získání elektronu stávají méně stabilními, se potenciální energie zvyšuje, což znamená, že atom získává energii. V takovém případě je elektronová afinita atomu negativní. V opačném scénáři, kde je afinita elektronů definována jako energie potřebná k oddělení elektronu od aniontu, bude získaná hodnota energie stejné velikosti, ale bude mít opačné znaménko. Důvodem je, že tyto atomy s vysokou elektronovou afinitou jsou méně náchylné vzdát se elektronu, a proto potřebují více energie k odstranění elektronu z atomu. V tomto případě má atom s kladnější hodnotou energie vyšší afinitu k elektronům. Jak člověk postupuje zleva doprava v období, elektronová afinita se bude zvyšovat.
Ačkoli se může zdát, že fluor by měl mít největší elektronovou afinitu, malá velikost fluoru vytváří dostatečnou odpudivost, že chlor (Cl) má největší elektronovou afinitu.
Elektronegativita
Elektronegativita je měřítkem schopnosti atomu nebo molekuly přilákat páry elektronů v kontextu chemické vazby. Typ vytvořené vazby je do značné míry určen rozdílem v elektronegativitě mezi zúčastněnými atomy pomocí Paulingovy stupnice. Trendově platí, že když se člověk pohybuje zleva doprava v období v periodické tabulce, zvyšuje se elektronegativita díky silnější přitažlivosti, kterou atomy získávají se zvyšováním jaderného náboje. Pohybem dolů ve skupině klesá elektronegativita v důsledku zvětšení vzdálenosti mezi jádrem a valenčním elektronovým obalem, čímž se snižuje přitažlivost, takže atom má menší přitažlivost pro elektrony nebo protony.
Ve skupině (iii) prvků se však zvyšuje elektronegativita z hliníku na thalium .
valenční elektrony
Valenční elektrony jsou elektrony v nejvzdálenějším elektronovém obalu izolovaného atomu prvku . Někdy je také považován za základ moderní periodické tabulky . V období se počet valenčních elektronů zvyšuje (většinou u lehkých kovů / prvků ), jak se pohybujeme zleva doprava. Ve skupině je však tento periodický trend konstantní, to znamená, že počet valenčních elektronů zůstává stejný.
Mocenství
Valence v periodické tabulce v období se nejprve zvyšuje a poté klesá. Ve skupině se nic nezmění.
Tento periodický trend je však u těžších prvků (prvky s atomovým číslem větším než 20) řídce sledován, zejména u lanthanidových a aktinidových řad.
Čím větší je počet jádrových elektronů, tím větší je ochrana elektronů před jádrovým nábojem jádra. Z tohoto důvodu je ionizační energie nižší u prvků níže ve skupině a polarizovatelnost druhů je vyšší u prvků níže ve skupině. Valence se nemění sestupně po skupině, protože chování vazby není ovlivněno jádrovými elektrony. Nelepivé interakce, jako jsou právě citované, jsou však ovlivněny jádrovými elektrony.
Kovové a nekovové vlastnosti
Kovové vlastnosti zvyšují skupiny dolů, protože klesající přitažlivost mezi jádry a nejvzdálenějšími elektrony způsobuje, že jsou nejvzdálenější elektrony volně vázány, a tak jsou schopné vést teplo a elektřinu. V průběhu období, zleva doprava, rostoucí přitažlivost mezi jádry a nejvzdálenějšími elektrony způsobuje, že kovový charakter klesá.
Nekovové vlastnosti se v průběhu období zvyšují a ve skupině se snižují ze stejného důvodu v důsledku zvýšení přitažlivé jaderné síly. Kovy jsou tvárné, zatímco nekovy ne.