Les propriétés périodiques des éléments

Le tableau périodique classe les éléments par propriétés périodiques, qui sont des tendances récurrentes des caractéristiques physiques et chimiques. Ces tendances peuvent être prédites simplement en examinant le tableau périodique et peuvent être expliquées et comprises en analysant les configurations électroniques des éléments. Les éléments ont tendance à gagner ou à perdre des électrons de valence pour obtenir une formation d'octets stable. Des octets stables sont observés dans les gaz inertes, ou gaz nobles, du groupe VIII du tableau périodique. En plus de cette activité, il existe deux autres tendances importantes. Tout d'abord, les électrons sont ajoutés un à la fois en se déplaçant de gauche à droite sur une période. Dans ce cas, les électrons de la coque la plus externe subissent une attraction nucléaire de plus en plus forte, de sorte que les électrons se rapprochent du noyau et y sont plus étroitement liés. Deuxièmement, en descendant dans une colonne du tableau périodique, les électrons les plus externes deviennent moins étroitement liés au noyau. Cela se produit parce que le nombre de niveaux d'énergie principaux remplis (qui protègent les électrons les plus externes de l'attraction vers le noyau) augmente vers le bas au sein de chaque groupe. Ces tendances expliquent la périodicité observée dans les propriétés élémentaires du rayon atomique, de l'énergie d'ionisation, de l'affinité électronique et de l'électronégativité.

Rayon atomique

Le rayon atomique d'un élément est la moitié de la distance entre les centres de deux atomes de cet élément qui se touchent. Généralement, le rayon atomique diminue sur une période de gauche à droite et augmente vers le bas d'un groupe donné. Les atomes avec les plus grands rayons atomiques sont situés dans le groupe I et au bas des groupes.

En se déplaçant de gauche à droite sur une période, les électrons sont ajoutés un par un à la coquille d'énergie extérieure. Les électrons à l'intérieur d'une coquille ne peuvent pas se protéger mutuellement de l'attraction des protons. Comme le nombre de protons augmente également, la charge nucléaire effective augmente sur une période. Cela fait diminuer le rayon atomique.

En descendant d'un groupe dans le tableau périodique, le nombre d'électrons et de coques d'électrons remplis augmente, mais le nombre d'électrons de valence reste le même. Les électrons les plus externes d'un groupe sont exposés à la même charge nucléaire efficace, mais les électrons se trouvent plus loin du noyau à mesure que le nombre de coques d'énergie remplies augmente. Par conséquent, les rayons atomiques augmentent.

Énergie d'ionisation

L'énergie d'ionisation, ou potentiel d'ionisation, est l'énergie nécessaire pour éliminer complètement un électron d'un atome ou ion gazeux. Plus un électron est étroitement et étroitement lié au noyau, plus il sera difficile à retirer et plus son énergie d'ionisation sera élevée. La première énergie d'ionisation est l'énergie requise pour retirer un électron de l'atome parent. La deuxième énergie d'ionisation est l'énergie nécessaire pour éliminer un second électron de valence de l'ion univalent pour former l'ion divalent, etc. Les énergies d'ionisation successives augmentent. La deuxième énergie d'ionisation est toujours supérieure à la première énergie d'ionisation. Les énergies d'ionisation augmentent en se déplaçant de gauche à droite sur une période (diminution du rayon atomique). L'énergie d'ionisation diminue en descendant dans un groupe (en augmentant le rayon atomique). Les éléments du groupe I ont de faibles énergies d'ionisation car la perte d'un électron forme un octet stable.

Affinité électronique

L'affinité électronique reflète la capacité d'un atome à accepter un électron. C'est le changement d'énergie qui se produit lorsqu'un électron est ajouté à un atome gazeux. Les atomes avec une charge nucléaire efficace plus forte ont une plus grande affinité électronique. Quelques généralisations peuvent être faites sur les affinités électroniques de certains groupes dans le tableau périodique. Les éléments du groupe IIA, les alcalino-terreux, ont de faibles valeurs d'affinité électronique. Ces éléments sont relativement stables car ils se sont remplis s sous-coquilles. Les éléments du groupe VIIA, les halogènes, ont des affinités électroniques élevées car l'ajout d'un électron à un atome se traduit par une coquille complètement remplie. Les éléments du groupe VIII, les gaz nobles, ont des affinités électroniques proches de zéro puisque chaque atome possède un octet stable et n'acceptera pas facilement un électron. Les éléments d'autres groupes ont de faibles affinités électroniques.

Dans une période, l'halogène aura l'affinité électronique la plus élevée, tandis que le gaz noble aura l'affinité électronique la plus faible. L'affinité électronique diminue en descendant dans un groupe car un nouvel électron serait plus éloigné du noyau d'un gros atome.

Électronégativité

L'électronégativité est une mesure de l'attraction d'un atome pour les électrons d'une liaison chimique. Plus l'électronégativité d'un atome est élevée, plus son attrait pour la liaison des électrons est important. L'électronégativité est liée à l'énergie d'ionisation. Les électrons à faible énergie d'ionisation ont de faibles électronégativités car leurs noyaux n'exercent pas une forte force d'attraction sur les électrons. Les éléments avec des énergies d'ionisation élevées ont des électronégativités élevées en raison de la forte traction exercée sur les électrons par le noyau. Dans un groupe, l'électronégativité diminue à mesure que le numéro atomique augmente, en raison de la distance accrue entre l'électron de valence et le noyau (plus grand rayon atomique). Un exemple d'un élément électropositif (c'est-à-dire à faible électronégativité) est le césium; un exemple d'un élément hautement électronégatif est le fluor.

Résumé des propriétés des éléments du tableau périodique

Déplacement vers la gauche → vers la droite

• Le rayon atomique diminue
• L'énergie d'ionisation augmente
• L'affinité électronique augmente généralement (sauf Affinité d'électrons de gaz noble proche de zéro)
• L'électronégativité augmente

Déplacement haut → bas

• Le rayon atomique augmente
• L'énergie d'ionisation diminue
• L'affinité électronique diminue généralement en descendant d'un groupe
• L'électronégativité diminue