化學性質的週期性（Periodicity of chemical properties）

化學性質的週期性（Periodicity of chemical properties）
高雄中學化學科 龔自敬老師/國立中山大學董騰元教授責任編輯

化學性質的週期性（Periodicity of chemical properties） 週期表的主要價值是可以根據各元素在週期表中的位置來預測其化學性質。值得注意的是, 沿著週期表的直行（族）移動和沿著水平（週期）移動，其性質變化是不相同的。在週期表中垂直的一欄元素稱為『族』（group）；水平的一橫排稱為『列』（row）或『週期』（period）。『族』是元素分類中最重要的方法。某些『族』中的元素有非常相似的化學性質且存在著明顯的趨勢；這些『族』會被冠上非系統化(unsystematic)的別名，如：鹼金屬族（alkali metals）、鹼土金屬族（alkaline earth metals）、鹵素（halogens）、（noble gases）等；在週期表中另有些『族』不具有相似的化學性質和（或）存在著明顯的趨勢，如第14族及第15族，它們沒有別名，被提到時只要簡單地說出『族』編號即可。 現代原子結構的量子力學理論建議：以各元素價殼層（valence shell）的電子組態來解釋『族』趨勢與化學相似性。同族元素的原子半徑（atomic radius）、游離能（ionization energy）和電負度（electronegativity）在判別上都有規則可循。同族元素的原子半徑由上而下漸大，這是因為更多的高能階軌域被電子填入，導致電子更遠離原子核；同族元素的游離能由上而下漸減，因為愈遠離原子核，電子的束縛力愈小，愈容易被移去。同樣地，同族元素的電負度由上而下漸減，因為距離愈遠，原子核對價電子（valence electrons）的引力愈小。

雖然『族』是分類元素最普遍的方式，但在週期表的某些區域，具有橫列的趨勢和化學相似性，卻比垂直的『族』趨勢來得更重要一些。同一『週期』的元素在原子半徑（atomic radius）、游離能（ionization energy）、電子親和力（Electron affinity）和電負度（electronegativity）都顯現一定的趨勢。同一『週期』元素的原子半徑由左而右漸減，這是因為連續元素（successive element）各多了一個電子和質子，導致電子更靠近原子核；同一『週期』元素的游離能由左而右漸增，因為原子半徑的減少，強化了外層電子的束縛力，同時也導致游離能的增加；同樣地，同一『週期』元素的電負度由左而右漸增的說法與游離能類似，也就是原子核對外層電子的吸引力增加了；同一『週期』元素的電子親和力較不明顯，同『週期』左側的金屬通常比『週期』右側的非金屬具有更低的電子親和力(但惰性氣體除外)。