الخصائص الدورية للعناصر

لماذا تختلف عناصر الجدول في خصائصها؟

عناصر المجموعة الواحدة متشابهة في عدد إلكترونات مستوى الطاقة الأخير، وهذا التشابه يؤدي إلى التشابه في العديد من الخواص الفيزيائية والكيميائية.

• الفلزات القلوية ⁦(IA)⁩: نشطة كيميائياً، وجميعها تسلك كعوامل مختزلة قوية عند التفاعل مع اللافلزات.
• المجموعة ⁦IIA⁩: أقل نشاطاً في تفاعلها مع الماء من المجموعة ⁦IA⁩.
• الهالوجينات: تسلك كعوامل مؤكسدة قوية.
• السبب: اختلاف خصائص العناصر بشكل دوري يعزى إلى اختلاف التركيب الإلكتروني لها.

فما حجم الذرة، وكيف يتغير؟

الحجم الذري: كيف نقيس ذرة بلا حدود واضحة؟

• لا حدود واضحة: تتناقص الكثافة الإلكترونية كلما ابتعدنا عن النواة، فيصعب اعتبار وجود حدود واضحة للذرة.
• قياس صعب: هذا جعل قياس نصف قطر الذرة بدقة وتحديد حجمها الفعلي عملية صعبة.
• الاتفاق: استخدام نصف القطر التساهمي كمؤشر تقريبي لنصف قطر الذرة.

= $1 \times 10^{-10}$ م

كيف يتغير الحجم الذري للعناصر كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة؟

كيف يتغير عدد مستويات الطاقة الرئيسة كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة؟ ماذا تستنتج؟

كيف يتغير الحجم الذري للعناصر كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الثالثة؟

كيف يتغير عدد البروتونات في النواة كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الثالثة؟

كيف تتغير قوة جذب النواة لإلكترونات المستوى الأخير كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الثالثة؟ ماذا تستنتج؟

• في المجموعة: يزداد الحجم الذري من أعلى إلى أسفل بسبب زيادة عدد المستويات الرئيسة.
• في الدورة: عدد مستويات الطاقة لا يتغير، ويزداد عدد البروتونات تدريجياً من اليسار إلى اليمين.
• هذا يزيد شحنة النواة الفعالة، فيزداد جذب النواة لإلكترونات المستوى الأخير، فيقل الحجم الذري.

فما المقصود بشحنة النواة الفعالة؟

شحنة النواة الفعالة: الصوديوم مثالاً

• مثال الصوديوم: الإلكترون في المستوى الخارجي لا يتأثر بقوة جذب 11 بروتوناً مثلما لو كان بالمستوى الأول.
• السبب: حجب الإلكترونات الموجودة في مستويي الطاقة الأول والثاني.
• بل يتأثر بجزء صغير من هذه القوة.

• في الدورة: تزداد شحنة النواة الفعالة من اليسار إلى اليمين، بسبب الزيادة التدريجية في عدد البروتونات في النواة.

• أ. رتب العناصر الآتية حسب الحجم الذري: $_{19}K$ ، $_{12}Mg$ ، $_{11}Na$

• ب. علّل: الحجم الذري لذرة $\mathrm{O_{8}}$ أكبر من الحجم الذري لذرة $_{10}Ne$.

طاقة التأين الأول: كم تكلّف نزع إلكترون؟

وإذا أردنا نزع إلكترون من الذرة، فأي الإلكترونات الذرة أسهل لعملية النزع؟ وماذا يلزم حتى تتم هذه العملية؟ وماذا ينتج عنها؟

كيف تتغير قيم طاقة التأين الأول كلما انتقلنا من أعلى إلى أسفل في المجموعة الواحدة؟

كيف تتغير قيم طاقة التأين الأول بشكل عام كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين في الدورة الواحدة؟

هل يوجد علاقة بين الحجم الذري وقيم طاقة التأين الأول في المجموعة الواحدة؟

أي العناصر لها أعلى قيمة تأين في كل دورة؟

هل يوجد علاقة بين شحنة النواة الفعالة وقيم طاقة التأين الأول في الدورة الواحدة؟

هل يوجد حالات شاذة عن التغير العام في الدورة الواحدة؟ أعط أمثلة على ذلك في الدورة الثانية؟

• في الدورة: تزداد قيم طاقة التأين الأول بشكل عام من اليسار إلى اليمين، بسبب زيادة شحنة النواة الفعالة ونقصان الحجم الذري.
• هذا يزيد قوة جذب النواة للإلكترون الأخير، فتزداد الطاقة اللازمة لنزعه.
• في المجموعة: تقل من أعلى إلى أسفل، بسبب زيادة الحجم الذري وزيادة بعد إلكترونات المستوى الأخير عن النواة.
• هذا يضعف قوة جذب النواة للإلكترون الأخير، فتقل الطاقة اللازمة لنزعه.

لكن حالتين تخالفان هذا الاتجاه، فما سببهما؟

حالتان شاذتان: البيريليوم والنيتروجين

• الحالة الأولى: عند الانتقال من المجموعة الثانية ⁦(IIA)⁩ إلى المجموعة الثالثة ⁦(IIIA)⁩، مثل $\mathrm{Be_{4}}$ و $\mathrm{B_{5}}$.
• الحالة الثانية: عند الانتقال من المجموعة الخامسة ⁦(VA)⁩ إلى المجموعة السادسة ⁦(VIA)⁩، مثل $\mathrm{N_{7}}$ و $\mathrm{O_{8}}$.
• ⁦Be⁩ أعلى من ⁦B⁩: نزع الإلكترون من البيريليوم يكون من المستوى الفرعي $2s^2$ الممتلئ.
• أما البورون فيكون النزع من المستوى الفرعي $2p^1$، الأعلى طاقة.

• الغازات النبيلة: تفسر القاعدة ارتفاع قيمة طاقات التأين الأول لعناصرها، الواصلة لحالة الاستقرار والثبات في تركيبها الإلكتروني.
• ⁦O⁩ أقل من ⁦N⁩: نزع إلكترون من المستوى الفرعي نصف الممتلئ ($2p^3$) أصعب من نزعه من المستوى الفرعي $2p^4$.

أيهما له أعلى طاقة تأين أول: $\mathrm{S_{16}}$ أم $\mathrm{P_{15}}$؟ فسّر إجابتك.

طاقة التأين الثاني والقفزة الكبيرة

• الانخفاض الكبير: تنخفض طاقة التأين الأول عند الانتقال من الغاز النبيل إلى العنصر الذي يليه مباشرة (المجموعة ⁦IA⁩).
• السبب: الانتقال إلى مستوى طاقة خارجي يكون الإلكترون فيه أقل ارتباطاً مع النواة.
• بعد نزع الإلكترون الأخير: تتحول ذرات ⁦IA⁩ إلى أيونات أحادية موجبة ⁦(1+)⁩ بتركيب مشابه لتركيب الغاز النبيل.
• النتيجة: نزع الإلكترون الثاني صعب، فترتفع طاقة التأين الثاني ارتفاعاً كبيراً.

• القفزة: فرق كبير في طاقة التأين خاص بكل عنصر، يعتمد على عدد إلكترونات التكافؤ له.
• السبب: عندما تفقد الذرة جميع إلكترونات التكافؤ يصبح تركيب الأيون مشابهاً لتركيب الغاز النبيل، فترتفع طاقة التأين بعد ذلك بشكل كبير.

ارتفاع طاقة التأين الثاني لذرة الصوديوم $_{11}Na$ مقارنة مع طاقة التأين الأول له بشكل ملحوظ.

طاقة التأين الثاني لـ $_{13}Al$ أعلى منها لـ $_{12}Mg$.

طاقة التأين الثاني لعنصر المغنيسيوم $_{12}Mg$ أعلى من طاقة التأين الأول له.