Trendy periodické soustavy prvků

Uspořádání prvků v periodické tabulce odhaluje skryté zákonitosti, známé jako periodické trendy, které vědcům umožňují předpovídat chování látek při chemických reakcích.

Jedním z možných faktorů ovlivňujících vlastnosti prvků je velikost atomů. Protože atomy nemají pevné hranice, jejich atomový poloměr je obvykle založený na vzdálenosti, na kterou se dva shodné atomy mohou k sobě přiblížit.

Tato hodnota poskytuje důležité informace o struktuře a reaktivitě prvků a jejich sloučenin. Z tabulky jsou patrné dvatrendy:

1. Ve skupině poloměr atomů roste. To může být vysvětleno tím, že se zvyšuje počet elektronových vrstev (podle čísla periody). Zvětšuje sevzdálenost, kde se valenční elektrony mohou vyskytovat.
2. V periodě poloměr atomů klesá. To může být vysvětleno tím, že se zvyšujícím se protonovým číslem zároveň roste tzv. efektivní náboj jádra, který způsobuje přitahování záporně nabitého obalu směrem k jádru.

V chemii se kromě neutrálních atomů setkáváme i s ionty – kladně nabitými kationty a záporně nabitými anionty. V této souvislosti mluvíme o iontovém poloměru.

Poloměr kationtu je vždy menší než atomový poloměr daného atomu, zatímco poloměr aniontu je vždy větší než atomový poloměr téhož atomu. Trend poloměru kationtů i aniontů odpovídá trendu růstu trendu atomového poloměru v periodické tabulce.

Dále platí, že čím vyšší je kladný náboj kationtu, tím menší je jeho poloměr (např. Cu²⁺ je menší než Cu⁺). Naopak čím vyšší je záporný náboj aniontu, tím větší je jeho poloměr.

Další vlastností, kterou lze v rámci periodické soustavy prvků zkoumat, je minimální energie, která je potřeba k odtržení elektronu od atomu. Takové energii říkáme ionizační energie.

Hodnoty této energie se liší v závislosti na poloměru atomu. Malé atomy mají větší hodnoty, velké atomy mají menší hodnoty první ionizační energie. To souvisí s kladným nábojem jádra, které přitahuje záporně nabité elektrony silněji u malých atomů.

Hodnoty první ionizační energie mají přibližně opačný trend než poloměry atomů. Můžeme tedy říct, že čím větší atom, tím je snazší odtrhnout elektron z jeho elektronového obalu.

Z neutrálního atomu se může odrhnout elektronů více. Tyto energie potřebné k odtržení druhého (E_i2), třetího (E_i3), popřípadě dalších elektronů se postupně zvyšují. Jako příklad si můžeme uvést ionizační energie vápníku:​

Třetí ionizační energie je výrazně vyšší, protože je to energie potřebná k odtržení elektronu, který už není součástí valenční vrstvy (je blíže k jádru). Z tohoto důvodu se nesetkáte s kationtem Ca³⁺.

Atomy mohou tvořit i anionty, a to tak, že přijmou jeden nebo více elektronů za uvolnění energie. V takovém případě mluvíme o tzv. elektronové afinitě.

Platí tedy:

Stejně jako u ionizační energie je zde patrný trend zvyšujících se hodnot v periodě a snižujících se hodnot ve skupině s rostoucím protonovým číslem.

Podobně jako u ionizační energie je zde rovněž patrná souvislost s velikostí atomu. Menší atomy tvoří anionty snadněji, protože přitažlivé síly kladně nabitého jádra jsou výraznější

Pomocí ionizační energie a elektronové afinity lze vypočítat Paulingovy hodnoty elektronegativit , které je možné vidět v tabulce níže. Ty kopírují trend obou energií. Nejnižší hodnotu elektronegativity má francium (0,70), které je tak nejméně elektronegativním prvkem. Můžeme také říct, že je nejvíce elektropozitivní. Naopak nejvíce elektronegativním prvkem je fluor (3,98).

Tento významný teoretický koncept nám pomáhá lépe pochopit vlastnosti chemických látek.

Dalším z možných rozdělením prvků je na kovy, polokovy a nekovy. Jejich rozdělení je postaveno na základě vazebných a ionizačních vlastností. V tabulce níže můžeme pozorovat trend kovového charakteru.

Za kovy obvykle považujeme látky s tzv. kovovými vlastnostmi. S výjimkou rtuti, která je za standardních podmínek kapalná, jsou kovy pevné, lesklé, kujné a tažné a vykazují elektrickou a tepelnou vodivost. S ostatními kovy mohou vytvářet slitiny – homogenní směsi, které jsou charakteristické odlišnými vlastnostmi než měly původní prvky.

Protože kovy tvoří značnou část periodické tabulky, jsou řazeny dále do jednotlivých podskupin na základě jejich specifických vlastností (viz Tab. 4).

Většina kovů je charakteristická svou elektropozitivitou, proto často tvoří s elektronegativními nekovy sloučeniny iontového charakteru. Kov zde vystupuje jako kation.

Oxidy kovů jsou z velké části zásadotvorné. Ve vodném prostředí reagují za vzniku hydroxidů.

Některé kovy či polokovy v blízkosti hranice s nekovy mají amfoterní charakter, tzn. že reagují ve vodném prostředí s kyselinami i zásadami.

Nekovy mají tendenci vytvářet anionty a jejich oxidy jsou na rozdíl od kovů kyselinotvorné. Ve vodném prostředí reagují za vzniku kyslíkatých kyselin

Zároveň existují tzv. neutrální oxidy, které nereagují s kyselinami ani zásadami. Patří mezi ně například oxid uhelnatý (CO), oxid křemičitý (SiO₂) či oxid dusnatý (NO).