Періодичні тенденції
Періодичні тенденції виникають через зростання заряду ядра, екранування та повторення валентних конфігурацій. Радіус, енергія йонізації, електронна спорідненість і електронегативність мають чіткі загальні напрями, але локальні винятки несуть важливу інформацію про підоболонки.
Ефективний заряд
Валентний електрон відчуває не весь +Ze, бо інші електрони екранують ядро. Вздовж періоду Z зростає швидше, ніж екранування в тій самій головній оболонці, тому Z_eff зазвичай збільшується.
Атомний радіус
У періоді зростання Z_eff стягує електронну хмару й радіус зазвичай зменшується. Вниз по групі додаються нові головні оболонки, тому радіус переважно зростає.
Енергія йонізації
Вона загалом зростає в періоді й зменшується вниз по групі. Винятки виникають при початку нової підоболонки або спарюванні електронів. Великий стрибок послідовних йонізацій показує перехід до внутрішньої оболонки.
Електронна спорідненість
Її тренд менш регулярний. Також потрібно явно вказувати конвенцію знаку: в одних таблицях позитивним є модуль виділеної енергії, в інших екзотермічне приєднання має негативне ΔE.
Електронегативність
Це відносна здатність атома в зв’язку притягувати електронну густину. Вона не тотожна спорідненості до електрона і залежить від шкали та хімічного оточення.
Ізоелектронний ряд
O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ мають по 10 електронів. Зі зростанням Z той самий електронний набір сильніше стискається, тому радіус зменшується до Mg²⁺.
Проникнення
s-орбіталі проникають ближче до ядра, ніж p тієї самої оболонки, а p часто краще за d. Тому просте число оболонки не визначає енергію без урахування радіального розподілу.
Лантаноїдне стискання
4f-електрони екранують неідеально. У ряду лантаноїдів Z зростає і радіуси стискаються більше, ніж очікує проста схема. Це впливає на схожість 4d- і 5d-металів.
Як користуватися тенденціями без механічних правил
Періодичний тренд — це прогноз із фізичною причиною, а не таблиця винятків для запам’ятовування. Спочатку варто запитати, чи порівнюються частинки в одному головному шарі, як змінюється Z, скільки додається екранування і чи починається нова підоболонка. Потім перевіряють локальні ефекти спарювання або проникнення. Такий порядок пояснює, наприклад, чому загалом енергія йонізації зростає в періоді, але B має нижче значення, ніж Be, а O — нижче, ніж N. Винятки не руйнують модель: вони показують, де два енергетичні ефекти мають близьку величину і простий тренд перестає домінувати.
Вправа
Хто найменший: O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺ чи Mg²⁺?
Розв’язання
Mg²⁺, бо при 10 електронах має найбільший Z.