Jaksolliset trendit
Jaksolliset trendit syntyvät ydinvarauksen kasvusta, elektronien varjostuksesta ja valenssikonfiguraatioiden toistumisesta. Atomisäde, ionisaatioenergia, elektronin affiniteetti ja elektronegatiivisuus eivät muutu täydellisen suoraviivaisesti, mutta niiden pääsuunnat voidaan ymmärtää efektiivisen ydinvarauksen avulla.
Efektiivinen ydinvaraus
Valenssielektroni ei koe koko +Ze-varauksen vetovoimaa, koska muut elektronit varjostavat ydintä. Jakson yli Z kasvaa, mutta saman pääkuoren varjostus ei kasva yhtä nopeasti. Siksi Z_eff yleensä kasvaa vasemmalta oikealle.
Atomisäde
Jakson yli kasvava Z_eff vetää elektronipilveä lähemmäs ydintä ja säde yleensä pienenee. Ryhmässä alaspäin tulee uusia pääkuoria, joten ulkoelektronit sijaitsevat kauempana ja säde yleensä kasvaa.
Ionisaatioenergia
Ensimmäinen ionisaatioenergia yleensä kasvaa jakson yli ja pienenee ryhmässä alaspäin. Paikallisia poikkeuksia syntyy uuden alakuoren alkamisesta ja elektronien parittumisesta. Peräkkäisissä ionisaatioissa suuri hyppy paljastaa siirtymisen valenssikuoresta sisäkuoreen.
Elektronin affiniteetti
Affiniteetin trendi on epäsäännöllisempi. Lisäksi kirjallisuudessa käytetään eri etumerkkisopimuksia: joskus vapautuva energia ilmoitetaan positiivisena lukuna, joskus elektronin liittämisen ΔE on negatiivinen eksotermisessä prosessissa. Sopimus on aina ilmoitettava.
Elektronegatiivisuus
Elektronegatiivisuus kuvaa sidoksessa olevan atomin suhteellista kykyä vetää elektronitiheyttä puoleensa. Se ei ole sama suure kuin elektronin affiniteetti tai ionisaatioenergia ja riippuu käytetystä asteikosta.
Isoelektroninen vertailu
Kun elektronimäärä pidetään samana, ydinvarauksen vaikutus näkyy selvästi. Sarjassa O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ säde pienenee Z:n kasvaessa, koska sama elektronipilvi sitoutuu yhä voimakkaampaan ytimeen.
Poikkeukset ovat tietoa
Trendin pienet poikkeamat eivät kumoa jaksollisuutta. Ne kertovat alakuorista, tunkeutumisesta, parittumisesta, vaihtovuorovaikutuksesta tai relativistisista vaikutuksista ja antavat siksi lisätietoa elektronirakenteesta.
Tunkeutumisen merkitys
s-orbitaali tunkeutuu lähemmäs ydintä kuin saman pääkuoren p-orbitaali, ja p taas usein enemmän kuin d. Tämä muuttaa varjostusta ja auttaa selittämään, miksi yksinkertainen “sama kuori” -ajattelu ei riitä orbitaalien energioihin.
Lantanoidikontraktio
4f-elektronit varjostavat ydintä melko heikosti. Kun Z kasvaa lantanoidisarjassa, ulommat orbitalit vetäytyvät odotettua enemmän sisään. Tämä kontraktio selittää esimerkiksi sen, miksi 4d- ja 5d-sarjojen vastaavilla siirtymämetalleilla on usein yllättävän samanlaiset säteet.
Trendin käyttö
Trendi on hyödyllinen vertailuun, ei tarkkaan numeeriseen ennustamiseen ilman dataa. Sidostila, hapetusluku, koordinaatio ja käytetty sädemääritelmä voivat muuttaa yksittäistä arvoa huomattavasti.
Harjoitus
Mikä on pienin sarjassa O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ ja Mg²⁺?
Ratkaisu
Mg²⁺, koska kaikilla on 10 elektronia mutta Mg:n Z=12 on suurin.