Meylên periyodîk: barê navokî yê bibandor, mezinahî û enerjî

Barê navokî yê bibandor û perdekirin

Elektroneke derve barê navokî yê tam Z hîs nake. Elektronên nêzîktirî navokê wê beşî betal dikin, û kişandina net bi barê navokî yê bibandor tê vegotin, Zeff = Z − S, ku S sabîteke perdekirinê ye. Elektronên navikê, di şêlên nizmtir de, baş perde dikin. Elektronên di heman şêlê de qels perde dikin, ji ber ku bi navînî ew ji elektrona di pirsê de ne nêzîktirî navokê ne.

Texmîneke giştî tenê elektronên navikê dijmêre. Sodyûm (Z = 11) û klor (Z = 17) her du 10 elektronên navikê hene, ji ber vê yekê elektrona 3s ya sodyûmê nêzîkî +1 û elektronên 3p yên klorê nêzîkî +7 hîs dikin. Rêzikên Slater vê rastir dikin. Ji bo elektroneke di binşêleke ns an np de, her elektronek din a di heman binşêlên ns û np de 0.35 li S zêde dike (0.30 di nav 1s de), her elektronek di şêla n − 1 de 0.85 zêde dike, û her elektronek di şêlên kûrtir de 1.00 zêde dike.

Mînaka çareserkirî 1. Ji bo elektrona 3s ya sodyûmê, S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, ji ber vê yekê Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. Ji bo yek ji elektronên 3p yên klorê, S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, ji ber vê yekê Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. Di nav perîyoda 3 de, her protona zêdekirî tenê beşî bi elektrona heman şêlê ya zêdekirî tê betalkirin, ji ber vê yekê Zeff ji çepê ber bi rastê bilind dibe dema ku n li 3 dimîne.

Radyûsa atomî û îyonên îzoelektronî

Radyûsa atomî di nav perîyodekê de kêm dibe ji ber ku Zeff zêde dibe dema ku elektronên derve di heman şêlê de dimînin, ji ber vê yekê nêzîktir têne kişandin. Ew li jêr komekê zêde dibe ji ber ku her perîyodek şêlekê zêde dike, elektronên derve dûrtir datîne, dema ku Zeff bi berawirdî hindik diguhere. Atomên herî mezin li jêr û çepê tabloyê ne û yên herî piçûk li jor û rastê.

Katyonek ji atoma dê ya xwe piçûktir e: windakirina elektronan şidandinê kêm dike, û ji bo katyonên koma sereke bi gelemperî şêla derve vala dike. Anyonek ji atoma dê ya xwe mezintir e, ji ber ku elektrona zêdekirî şidandinê zêde dike dema ku barê navokî yê heman dimîne.

Mînaka çareserkirî 2. N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ û Al³⁺ li gorî radyûsê rêz bike. Pêşî elektronan bijmêre: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2 û 13 − 3 hemû 10 in, ji ber vê yekê her îyon veavakirina neonê 1s² 2s² 2p⁶ heye. Bi hejmarên elektronan ên wekhev, cudahiya yekane barê navokî ye, ku ji 7 heta 13 bilind dibe. Protonên zêdetir heman ewrê elektronan tengtir dikişînin, ji ber vê yekê rêz N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺ e.

Enerjiya îyonîzasyonê ya yekem û îstisnayên wê yên binşêlê

Enerjiya îyonîzasyonê ya yekem enerjiya hewce ye ji bo derxistina elektrona herî sist girêdayî ji atomeke gazî: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Ew bi gelemperî di nav perîyodekê de zêde dibe, ji ber ku Zeff bilind dibe û radyûs piçûk dibe, û li jêr komekê kêm dibe. NIST enerjiyên îyonîzasyonê bi elektron volt ji bo her atomê lîste dike; pirkirina bi 96.485 kJ/mol ji bo her eV wan bo yekeyên molar vediguherîne.

Ji Danegeha Spektrên Atomî ya NIST hatine veguhertin, nirxên perîyoda 2 Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0 û Ne 2080.7 kJ/mol in. Du gav bi awayekî şaş diçin. Bor di bin berîlyûmê de ye ji ber ku elektrona wê ya herî derve di 2p de ye, ku di enerjiyê de bilindtir e û ji hêla cota 2s ve beşî perdekirî ye. Oksîjen di bin nîtrojenê de ye ji ber ku elektrona wê ya çaremîn a 2p divê di orbîtaleke dagirtî de cot bibe, û şidandina zêde derxistinê hêsantir dike.

Heman du kêmbûn di perîyoda 3 de xuya dibin: alumînyûm (577.5 kJ/mol) di bin magnezyûmê (737.7 kJ/mol) de ye, û kewgird (999.6 kJ/mol) di bin fosforê (1011.8 kJ/mol) de ye. Nimûneya dubarekirî nîşan dide ku ew ji avahiya binşêlê tê, ne ji elementeke taybet.

Enerjiyên îyonîzasyonê yên li pey hev û elektronên valansê

Her enerjiya îyonîzasyonê ya li pey hev ji ya berê mezintir e, ji ber ku her elektron ji îyoneke her ku diçe erênîtir diçe. Mezinahiya her bazdanê agahiya bikêr e. Zêdebûneke nerm tê wateya ku elektrona din ji heman şêla valansê tê; bazdaneke pir mezin tê wateya ku divê ji navikê were, ku nêzîktirî navokê ye û pir kêmtir perdekirî ye.

Mînaka çareserkirî 3. NIST sê enerjiyên îyonîzasyonê yên pêşîn ên magnezyûmê wekî 7.646, 15.035 û 80.144 eV dide. Veguhertin: 7.646 eV × 96.485 kJ/(mol·eV) = 737.7 kJ/mol; 15.035 × 96.485 = 1450.7 kJ/mol; 80.144 × 96.485 = 7732.7 kJ/mol. Nisbeta IE₂/IE₁ 1450.7 / 737.7 = 1.97 e, lê IE₃/IE₂ 7732.7 / 1450.7 = 5.33 e. Bazdana mezin piştî elektrona duyemîn nîşan dide ku magnezyûm du elektronên valansê heye, [Ne] 3s², û rave dike çima di kîmyaya asayî de Mg²⁺ çêdike lê Mg³⁺ na.

Sodyûm bazdanê gavekê zûtir nîşan dide. Enerjiya wê ya îyonîzasyonê ya duyemîn, 4562.4 kJ/mol, nêzîkî 9.2 carî ya wê ya yekem e, 495.8 kJ/mol, ji ber ku elektrona duyemîn divê ji navika 2p were.

Hezkirina elektronan û elektronnegatîvîtî

Hezkirina elektronan guherîna enerjiyê vedibêje dema atomeke gazî elektronekê bi dest dixe: X(g) + e⁻ → X⁻(g). Peymanên nîşanan cuda ne. Hin pirtûkên dersê, OpenStax jî, guherîna enerjiyê rapor dikin, ku dema enerjî tê azad kirin neyînî ye; yên din enerjiya azadkirî wekî hejmareke erênî rapor dikin. Berî berhevdana nirxan peymanê kontrol bike. Ji bilî gazên nemir, atomên ber bi rastê perîyodekê herî zêde enerjiyê azad dikin, ji ber ku Zeff-a wan a bilind elektrona hatî bi hêz dikişîne.

Hezkirina elektronan ji enerjiya îyonîzasyonê kêmtir birêkûpêk e. Klor ji flûorê bêtir enerjiyê azad dike, nêzîkî 349 kJ/mol li hember 328 kJ/mol, li gorî nirxên Chemistry WebBook yên NIST ên 3.613 û 3.401 eV. Elektrona zêdekirî di binşêla 2p ya kompakt a flûorê de bi şidandineke xurttir rû bi rû dibe. Berîlyûm, nîtrojen û gazên nemir meyleke hindik an tune ya çêkirina anyonên gazî yên aram hene, ji ber ku elektrona zêdekirî dê têkeve binşêleke bilindtir an di ya nîvdagirtî de cot bibe.

Elektronnegatîvîtî şiyana atomekê di molekulekê de ye ji bo kişandina elektronên girêdanekê. Berovajî enerjiya îyonîzasyonê, ew li ser atomeke veqetandî nayê pîvandin; ew ji enerjiyên girêdanê an daneyên din tê derxistin, û pîvana Pauling herî berfireh tê bikaranîn. Flûor herî bilind e, nêzîkî 4.0. Elektronnegatîvîtî di nav perîyodekê de zêde dibe û li jêr komekê kêm dibe, ji ber vê yekê polarîteya girêdanê ji H–F bi H–Cl û H–Br heta H–I kêm dibe.

Xeletiyên berbelav di ravekirina meylên periyodîk de

Pirsên meylan bi gelemperî li ser ravekirinê têne nirxandin, ne tenê li ser rêzê.

Ravekirineke temam berhevdanê bi nav dike (heman şêl an şêleke cuda), diyar dike çi bi Zeff an dûrahiyê diqewime, û wê guherînê bi hêza li ser elektrona di pirsê de girê dide.

• Gotina ku atomek piçûktir e ji ber ku elektronên wê zêdetir in. Di nav perîyodekê de, elektron dikevin heman şêlê; mezinahî kêm dibe ji ber ku Zeff bilind dibe.
• Ravekirina meyleke komê bi tenê bi “şêlên zêdetir”, bêyî ku bê bibîrxistin ku Zeff li jêr komekê hindik diguhere.
• Dîtina enerjiya îyonîzasyonê wekî bi tundî zêdebûyî di nav perîyodekê de. Gavên koma 2 bo 13 û koma 15 bo 16 kontrol bike.
• Berhevdana îyonan bi barê navokî bêyî ku pêşî were kontrolkirin ku ew îzoelektronî ne.
• Tevlihevkirina peymanên nîşanên hezkirina elektronan û encamgirtina ku hejmara neyînîtir hezkirina piçûktir e.
• Berhevdana radyûsan ji tabloyên cuda. Radyûsên kovalent, metalî û îyonî bi awayekî cuda têne pênasekirin.
• Ravekirin bi ya ku atomek “dixwaze”. Atoman armanc tune ne; bi kişandin, dûrahî û şidandinê rave bike.