66 Rafeindaskipan og lotubundnir eiginleikar frumefna

6.5 Lotubundnar breytingar á eiginleikum frumefna

Námsmarkmið

Að loknum þessum kafla munt þú geta:

lýsa og útskýra sýnilegar tilhneigingar í stærð frumeinda, jónunarorku og rafeindafíkn frumefna

Frumefni í flokkum (lóðréttum dálkum) lotukerfisins sýna svipaða efnafræðilega hegðun. Þessi líkindi stafa af því að frumefnin í hverjum flokki hafa sama fjölda gildisrafeinda og sömu uppröðun þeirra á gildishvolfinu. Það koma þó einnig fram önnur mynstur í efnafræðilegum eiginleikum á lotukerfinu. Til dæmis eykst málmeðli frumeindanna eftir því sem farið er niður flokk. Súrefni, sem er efst í flokki 16 (6A), er litlaus lofttegund; um miðbik flokksins er selen hálfleiðandi fast efni; og neðst er pólóníum silfurgrátt fast efni sem leiðir rafmagn.

Þegar farið er yfir lotu frá vinstri til hægri bætist ein róteind við kjarnann og ein rafeind við gildishvolfið með hverju nýju frumefni. Þegar farið er niður eftir flokki frumefna helst fjöldi rafeinda á gildishvolfi stöðugur, en höfuðskammtatalan hækkar um einn í hvert sinn. Skilningur á rafeindaskipan frumefna gerir okkur kleift að skoða suma af þeim eiginleikum sem stjórna efnafræðilegri hegðun þeirra. Þessir eiginleikar breytast lotubundið eftir því sem rafeindaskipan frumefnanna breytist. Þeir eru (1) stærð (geisli) frumeinda og jóna, (2) jónunarorka og (3) rafeindafíkn.

Breytingar á samgildisgeisla

Skammtafræðilega myndin gerir það erfitt að ákvarða nákvæma stærð frumeindar. Hins vegar eru til nokkrar hagnýtar leiðir til að skilgreina geisla frumeinda og þar með ákvarða hlutfallslega stærð þeirra sem gefa nokkurn veginn svipuð gildi. Við munum nota samgildan geisla (mynd 6.30), sem skilgreinist sem helmingur fjarlægðarinnar milli kjarna tveggja eins frumeinda þegar þær eru tengdar með samgildu tengi (þessi mæling er möguleg vegna þess að frumeindir í sameindum halda enn miklu af frumeindaeinkennum sínum). Við vitum að þegar farið er niður flokk hækkar höfuðskammtatalan, n, um einn fyrir hvert frumefni. Þannig bætast rafeindirnar við svæði sem er sífellt lengra frá kjarnanum. Þar af leiðandi hlýtur stærð frumeindarinnar (og samgildisgeisli hennar) að stækka eftir því sem fjarlægð ystu rafeindanna frá kjarnanum eykst. Þessi tilhneiging er sýnd fyrir samgilda geisla halógenanna í töflu 6.2 og á mynd 6.30. Tilhneiginguna fyrir allt lotukerfið má sjá á mynd 6.30.

Samgildir geislar frumefna í halógenaflokknum
Frumeind	Samgildisgeisli (pm)	Kjarnhleðsla
F	64	+9
Cl	99	+17
Br	114	+35
$I$	133	+53
At	148	+85

Þessi mynd hefur tvo hluta: a og b. Á mynd a eru sýndar fjórar tvíatóma sameindir til að lýsa aðferðinni við að ákvarða frumeindageisla frumeindar. Fyrsta líkanið, sem er ljósgrænt, er notað til að finna geisla F-frumeindar. Tveimur kúlum er þrýst mjög þétt saman. Fjarlægðin milli miðja frumeindanna tveggja er sýnd fyrir ofan skýringarmyndina með tvíhöfða ör sem merkt er „128 píkómetrar (pm)“. Endapunktar þessarar örvar tengjast línustrikum sem ná niður að frumeindageislunum fyrir neðan. Fyrir neðan sameindina er merkingin: „Geisli F er jafn og 128 pm deilt með 2 sem er jafnt og 64 pm.“ Næstu þrjú líkön eru notuð á svipaðan hátt til að sýna frumeindageisla annarra frumeinda. Önnur tvíatóma sameindin er í dekkri grænum lit. Fjarlægðin milli geislanna er 198 pm. Fyrir neðan sameindina er merkingin: „Geisli Cl er jafn og 198 pm deilt með 2 sem er jafnt og 99 pm.“ Þriðja tvíatóma sameindin er rauð. Fjarlægðin milli geislanna er 228 pm. Fyrir neðan sameindina er merkingin: „Geisli Br er jafn og 228 pm deilt með 2 sem er jafnt og 114 pm.“ Fjórða tvíatóma sameindin er fjólublá. Fjarlægðin milli geislanna er 266 pm. Fyrir neðan sameindina er merkingin: „Geisli I er jafn og 266 pm deilt með 2 sem er jafnt og 133 pm.“ Á mynd b er uppsetning lotukerfisins notuð til að bera saman hlutfallslegar stærðir frumeinda með grænum kúlum. Engar kúlur eru sýndar fyrir eðalgastegundirnar — frumefni í flokki 18. Almenn tilhneiging sem sést er að stærð hringjanna eykst þegar farið er ofan frá og niður í flokki, með almennri tilhneigingu til stækkandi frumeindageisla í átt að neðra vinstra horni lotukerfisins. — **Mynd 6.30.** (a) Geisli frumeindar skilgreinist sem helmingur fjarlægðarinnar milli kjarnanna í sameind sem samanstendur af tveimur eins frumeindum tengdum með samgildu tengi. Frumeindageisli halógena stækkar niður flokkinn eftir því sem n stækkar. (b) Samgildisgeislar frumefnanna eru sýndir í réttum hlutföllum. Almenn tilhneiging er sú að geislar stækka niður flokk og minnka þvert yfir lotu.

Þetta línurit, sem ber titilinn „Frumeindageislar”, er merkt „Sætistala“ á lárétta ásnum og „Geisli (pm)” á lóðrétta ásnum. Merkingar eru á 10 eininga fresti upp að 60 á lárétta ásnum og byrja á núlli. Lóðréttar línur liggja upp frá lárétta ásnum við hverja þessara merkinga. Lóðrétti ásinn byrjar á 0 og hækkar um 50 upp að 300. Láréttar línur eru dregnar þvert yfir línuritið við margfeldi af 50. Svört töntuð lína tengir geislagildi frumefna með sætistölum frá 1 til 60 á línuritinu. Tindar eru greinilegir á stöðum alkalímálmanna: Li, Na, K, Rb og Cs, en á þeim punktum á línuritinu eru fjólubláir punktar og frumefnin eru merkt með fjólubláu. Á sama hátt eru lágmörk á stöðum eðalgasanna: He, Ne, Ar, Kr, Xe og Rn, en á þeim punktum eru bláir punktar og efnatáknin eru sýnd með bláu. Staðsetningar hliðarmálma í lotu 4 og lotu 5 eru sýndar með grænum punktum. Þessir punktar þyrpast saman á tveimur stöðum á línuritinu sem eru hringdregnir með rauðu og merktir í samræmi við það. Grænu punktarnir fyrir hliðarmálmana ásamt línunni sem tengir þá mynda U-lögun á línuritinu innan hvors rauða hringsins sem teiknaður er. Frumeindageislar alkalímálmanna í píkómetrum eru: Li 167, Na 190, K 243, Rb 265 og Cs 298. Frumeindageislar eðalgasanna sem eru á línuritinu í píkómetrum eru: He 31, Ne 38, Ar 71, Kr 88 og Xe 108. — **Mynd 6.31.** Innan hverrar lotu er tilhneigingin sú að frumeindageisli minnkar eftir því sem Z stækkar; til dæmis frá K til Kr. Innan hvers flokks (t.d. alkalímálmarnir sem sýndir eru í fjólubláu) er tilhneigingin sú að frumeindageisli stækkar eftir því sem Z stækkar.

Eins og sýnt er á mynd 6.31 kemur í ljós að þegar farið er þvert yfir lotu frá vinstri til hægri hefur hvert frumefni almennt minni samgildisgeisla en frumefnið á undan því. Þetta gæti virst skjóta skökku við þar sem það gefur til kynna að frumeindir með fleiri rafeindir hafi minni frumeindageisla. Þetta má skýra með hugtakinu virk kjarnhleðsla, Z_eff. Hér er átt við það tog sem kjarninn beitir á tiltekna rafeind, að teknu tilliti til allrar fráhrindingar milli rafeinda. Vetni hefur aðeins eina rafeind og því eru kjarnhleðslan (Z) og virka kjarnhleðslan (Z_eff) jafnar. Hjá öllum öðrum frumeindum skyggja innri rafeindirnar að hluta til á ytri rafeindirnar fyrir togi kjarnans, og þar af leiðandi:

Z_{eff} = Z - skygging

Skygging ræðst af líkunum á því að önnur rafeind sé á milli viðkomandi rafeindar og kjarnans, sem og af þeirri fráhrindingu frá öðrum rafeindum sem viðkomandi rafeind verður fyrir. Kjarnarafeindir eru mjög virkar við skyggingu, en rafeindir í sama gildishvolfi skýla hver annarri síður vel fyrir togi kjarnans. Þannig eykst Z um einn í hvert sinn sem farið er frá einu frumefni til þess næsta þvert yfir lotu, en skyggingin eykst aðeins lítillega. Þar af leiðandi stækkar Z_eff þegar farið er frá vinstri til hægri þvert yfir lotu. Sterkara tog (hærri virk kjarnhleðsla) sem rafeindir hægra megin í lotukerfinu verða fyrir dregur þær nær kjarnanum, sem gerir samgildisgeislana minni.

Eins og við má búast er því auðveldast að fjarlægja ystu rafeindirnar, eða gildisrafeindirnar, þar sem þær hafa mesta orku, njóta mestrar skyggingar og eru lengst frá kjarnanum. Sem almenn regla gildir að þegar aðalflokksfrumefni mynda katjónir, gera þau það með því að tapa ns- eða np-rafeindunum sem bætt var við síðast í Aufbau-ferlinu. Hliðarmálmarnir tapa hins vegar ns-rafeindunum áður en þeir byrja að tapa (n − 1)d-rafeindunum, þrátt fyrir að ns-rafeindunum sé bætt við fyrst samkvæmt Aufbau-lögmálinu.

Dæmi 6.12

Röðun frumeindageisla

Spáðu fyrir um röð vaxandi samgildisgeisla fyrir Ge, Fl, Br og Kr.

Lausn

Geislinn stækkar þegar farið er niður flokk, þannig að Ge < Fl (Athugið: Fl er táknið fyrir fleróvín, frumefni 114, EKKI flúor). Geislinn minnkar þegar farið er yfir lotu, þannig að Kr < Br < Ge. Ef þessar tilhneigingar eru teknar saman fáum við Kr < Br < Ge < Fl.

Prófaðu þig

Nefndu dæmi um frumeind sem er minni en flúor.

Breytileiki jónageisla

Jónageisli er sá mælikvarði sem notaður er til að lýsa stærð jónar. Katjón hefur alltaf færri rafeindir og sama fjölda róteinda og upprunalega frumeindin. Hún er því minni en frumeindin sem hún er mynduð úr (mynd 6.32). Til dæmis er samgildisgeisli áls (1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p¹) 118 pm, en jónageisli Al³⁺ (1s² 2s² 2p⁶) er 68 pm. Þegar rafeindir eru fjarlægðar úr ysta gildishvolfinu finna eftirstandandi kjarnarafeindir í minni hvolfum fyrir meiri virkri kjarnhleðslu, Z_eff, vegna þess að skyggingin minnkar.

Myndin sýnir grænar kúlur sem tákna hlutfallslegar stærðir Al og S frumeinda. Tiltölulega stóra Al kúlan efst til vinstri er merkt 118. Mun minni S kúlan efst til hægri er merkt 104. Undir hvorri þessara kúlna er rauð kúla. Rauða kúlan neðst til vinstri er mjög lítil í samanburði við hinar kúlurnar og er merkt „Al í veldinu 3 plús 68.“ Rauða kúlan neðst til hægri er mun stærri en hinar kúlurnar og er merkt „S í veldinu 2 mínus 170.“ — **Mynd 6.32.** Geisli katjónar er minni en upprunalegu frumeindarinnar (Al) vegna rafeindanna sem töpuðust; geisli anjónar er stærri en upprunalegu frumeindarinnar (S) vegna rafeindanna sem bættust við.

Katjónir með hærri hleðslu eru minni en katjónir með lægri hleðslu (t.d. hefur V²⁺ jónageislann 79 pm, en jónageisli V³⁺ er 64 pm). Þegar farið er niður flokka lotukerfisins kemur í ljós að katjónir frumefna sem koma hvert á eftir öðru og hafa sömu hleðslu hafa almennt stærri geisla, sem samsvarar hækkun höfuðskammtatölunnar, n.

Anjón (neikvæð jón) myndast þegar einni eða fleiri rafeindum er bætt við gildishvolf frumeindar. Þetta leiðir til meiri hrindingar milli rafeinda og lægra Z_eff á hverja rafeind. Bæði þessi áhrif, fjölgun rafeinda og lægra Z_eff, valda því að geisli anjónar verður stærri en geisli upprunalegu frumeindarinnar (mynd 6.32). Til dæmis hefur brennisteinsfrumeind ([Ne]3s² 3p⁴) samgildisgeislann 104 pm, en jónageisli súlfíðanjónarinnar ([Ne]3s² 3p⁶) er 170 pm.

Frumeindir og jónir sem hafa sömu rafeindaskipan eru sagðar vera samrafeindar. Dæmi um samrafeindar efniseindir eru N³⁻, O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ og Al³⁺ (1s² 2s² 2p⁶). Önnur samrafeindaröð er P³⁻, S²⁻, Cl⁻, Ar, K⁺, Ca²⁺ og Sc³⁺ ([Ne]3s² 3p⁶). Fyrir frumeindir eða jónir sem eru samrafeindar ræður fjöldi róteinda stærðinni. Því meiri sem kjarnhleðslan er, því minni er geislinn í samrafeindaröð jóna og frumeinda.

Breytileiki í jónunarorku

Sú orka sem þarf til að fjarlægja lausbundnustu rafeindina frá frumeind í gasfasa og grunnástandi kallast fyrsta jónunarorka hennar (IE₁). Fyrsta jónunarorka frumefnis, X, er sú orka sem þarf til að mynda katjón með hleðsluna +1:

X (g) ⟶ X^{+} (g) + e^{-} {IE}_{1}

Sú orka sem þarf til að fjarlægja næstlausbundnustu rafeindina kallast önnur jónunarorka (IE₂).

X^{+} (g) ⟶ X^{2+} (g) + e^{-} {IE}_{2}

Orkan sem þarf til að fjarlægja þriðju rafeindina er þriðja jónunarorkan, og svo framvegis. Það þarf alltaf orku til að fjarlægja rafeindir frá frumeindum eða jónum, þannig að jónunarferli eru innvermin og gildi jónunarorku eru alltaf jákvæð. Hjá stærri frumeindum er lausbundnasta rafeindin lengra frá kjarnanum og því auðveldara að fjarlægja hana. Þar af leiðandi ætti jónunarorkan að minnka eftir því sem stærðin (frumeindageislinn) eykst. Ef við tengjum þessa röksemdafærslu við það sem við höfum nýlega lært um geisla, mætti búast við að fyrsta jónunarorka minnki niður flokk og aukist þvert yfir lotu.

Mynd 6.33 sýnir samband fyrstu jónunarorku og sætistölu nokkurra frumefna. Gildi fyrstu jónunarorku frumefnanna eru gefin upp á mynd 6.34. Innan lotu eykst IE₁ almennt með vaxandi Z. Niður eftir flokki minnkar gildi IE₁ almennt með vaxandi Z. Það eru þó nokkur kerfisbundin frávik frá þessari tilhneigingu. Taktu eftir að jónunarorka bórs (sætistala 5) er minni en beryllíums (sætistala 4) þrátt fyrir að kjarnhleðsla bórs sé stærri sem nemur einni róteind. Þetta má skýra með því að orka undirhvolfanna eykst eftir því sem l stækkar, vegna inngengni og skyggingar (eins og rætt var áður í þessum kafla). Innan hvers hvolfs hafa s-rafeindir lægri orku en p-rafeindir. Þetta þýðir að erfiðara er að fjarlægja s-rafeind frá frumeind en p-rafeind á sama hvolfi. Rafeindin sem er fjarlægð við jónun beryllíums ([He]2s²) er s-rafeind, en rafeindin sem er fjarlægð við jónun bórs ([He]2s² 2p¹) er p-rafeind; þetta leiðir til lægri fyrstu jónunarorku fyrir bór, þrátt fyrir að kjarnhleðsla þess sé stærri sem nemur einni róteind. Þannig sjáum við lítið frávik frá spáðri tilhneigingu í hvert sinn sem nýtt undirhvolf byrjar.

Þessi mynd inniheldur línurit sem er merkt „Sætistala“ á lárétta ásnum og „Jónunarorka (kJ deilt með mól)“ á lóðrétta ásnum. Merkingar eru á lárétta ásnum við 10, 18, 36, 54 og 86. Lóðréttar línur ná frá lárétta ásnum upp á við við hvert þessara gilda. Lóðrétti ásinn byrjar á 0 og hækkar um 500 upp í 2500. Láréttar línur eru dregnar þvert yfir línuritið við margfeldi af 500. Rauð töntuð lína tengir jónunarorku frumefna með sætistölum frá 1 til 86 á línuritinu. Toppar eru greinilegir á stöðum eðalgasanna: He, Ne, Ar, Kr, Xe og Rn. Á sama hátt eru lágmörk á stöðum alkalímálmanna: Li, Na, K, Rb og Cs. Frumefni sem eru merkt á línuritinu og tilheyrandi jónunarorka þeirra eru eftirfarandi: H 1310, He 2370, Li 520, Be 900, B 800, C 1090, N 1400, O 1310, F 1680, Ne 2080, Na 490, Mg 730, P 1060, Ar 1520, K 420, Zn 910, As 960, Br 1140, Kr 1350, Rb 400, Cd 870, Xe 1170, Tl 590 og Rn 1030. — **Mynd 6.33.** Fyrsta jónunarorka frumefnanna í fyrstu sex lotunum er teiknuð upp á móti sætistölu þeirra.

Myndin sýnir lotukerfi með titlinum: „Fyrsta jónunarorka nokkurra frumefna (kJ á mól)“. Taflan auðkennir númer raðar eða lotu til vinstri með fjólubláum lit, og númer flokks eða dálks með bláum lit fyrir ofan hvern dálk. Fyrstu jónunarorkur sem taldar eru upp ofan frá og niður fyrir flokk 1 eru: H 1310, L i 520, N a 490, K 420, R b 400, C s 380, og þrír punktar eru settir í reitinn fyrir F r. Í flokki 2 eru gildin: B e 900, M g 730, C a 590, S r 550, og B a 500. Í flokki 3 eru gildin: S c 630, Y 620, og L a 540. Í flokki 4 eru gildin: T i 660, Z r 660, H f 700. Í flokki 5 eru gildin: V 650, N b 670, og T a 760. Í flokki 6 eru gildin: C r 660, M o 680, og W 770. Í flokki 7 eru gildin: M n 710, T c 700, og R e 760. Í flokki 8 eru gildin: F e 760, R u 720, og O s 840. Í flokki 9 eru gildin: C o 760, R h 720, og I r 890. Í flokki 10 eru gildin: N i 730, P d 800, og P t 870. Í flokki 11 eru gildin: C u 740, A g 730, og A u 890. Í flokki 12 eru gildin: Z n 910, C d 870, og H g 1000. Í flokki 13 eru gildin: B 800, A l 580, G a 580, I n 560, og T l 590. Í flokki 14 eru gildin: C 1090, S i 780, G e 780, S n 700, og P b 710. Í flokki 15 eru gildin: N 1400, P 1060, A s 960, S b 830, og B i 800. Í flokki 16 eru gildin: O 1310, S 1000, S e 950, T e 870, og P o 810. Í flokki 17 eru gildin: F 1680, C l 1250, B r 1140, I 1010, og A t hefur þrjá punkta. Í flokki 18 eru upptalin gildi: B e 2370, N e 2080, A r 1520, K r 1350, X e 1170, og R n 1030. — **Mynd 6.34.** Þessi útgáfa af lotukerfinu sýnir fyrstu jónunarorku (IE¹), í kJ/mól, fyrir valin frumefni.

Önnur frávik koma fram þegar svigrúm verða meira en hálffyllt. Fyrsta jónunarorka súrefnis er aðeins minni en köfnunarefnis, þrátt fyrir þá tilhneigingu að gildi IE₁ hækki yfir lotuna. Ef litið er á svigrúmamynd súrefnis má sjá að það að fjarlægja eina rafeind eyðir rafeindahrindingu sem stafar af pörun rafeindanna í 2p-svigrúminu og skilar hálffylltu svigrúmi, sem er orkulega hagstætt. Hliðstæðar breytingar eiga sér stað í næstu lotum á eftir.

This figure includes the element symbol O followed by the electron configuration 1 s superscript 2 2 s superscript 2 2 p superscript 4. An orbital diagram follows, which consists of two individual squares, labeled as, “1 s,” and, “2 s,” below followed by a grouping of three connected squares which are labeled, “2 p.” All boxes are oriented in a row. The two individual squares and the first square in the row of connected squares contain a pair of half arrows. One half arrow in each pair points up, and one points down. The downward pointing arrow in the first square in the row of connected squares is red. The remaining two squares each contain single upward pointing half arrows.

Erfiðara er að fjarlægja rafeind frá katjón en frá hlutlausri frumeind vegna meiri rafstöðuaðdráttar að katjóninni. Sömuleiðis er erfiðara að fjarlægja rafeind frá katjón með hærri jákvæða hleðslu en frá jón með lægri hleðslu. Þannig hækkar jónunarorkan alltaf með hverri rafeind sem fjarlægð er frá sama frumefni. Eins og sjá má í töflu 6.3, verður mikil aukning á jónunarorku fyrir hvert frumefni. Þetta stökk samsvarar því að fjarlægja kjarnarafeindir, sem er erfiðara að fjarlægja en gildisrafeindir. Til dæmis hafa bæði Sc og Ga þrjár gildisrafeindir, þannig að hröð aukning á jónunarorku á sér stað eftir þriðju jónunina.

Jónunarorka í röð fyrir valin frumefni (kJ/mól)
Frumefni	$I E_{1}$	$I E_{2}$	$I E_{3}$	$I E_{4}$	$I E_{5}$	$I E_{6}$	$I E_{7}$
K	418.8	3051.8	4419.6	5876.9	7975.5	9590.6	11343
Ca	589.8	1145.4	4912.4	6490.6	8153.0	10495.7	12272.9
Sc	633.1	1235.0	2388.7	7090.6	8842.9	10679.0	13315.0
Ga	578.8	1979.4	2964.6	6180	8298.7	10873.9	13594.8
Ge	762.2	1537.5	3302.1	4410.6	9021.4	Ekki tiltækt	Ekki tiltækt
As	944.5	1793.6	2735.5	4836.8	6042.9	12311.5	Ekki tiltækt

Dæmi 6.13

Röðun jónunarorku

Spáðu fyrir um röð vaxandi orku fyrir eftirfarandi ferli: IE₁ fyrir Al, IE₁ fyrir In, IE₂ fyrir Na og IE₃ fyrir Al.

Lausn

Að fjarlægja 5p¹-rafeindina frá In er auðveldara en að fjarlægja 3p¹-rafeindina frá Al vegna þess að hærra n-svigrúmið er lengra frá kjarnanum, þannig að IE₁(In) $({Al}^{2 +} ⟶ {Al}^{3 +} + e^{-})$ krefst meiri orku þar sem katjónin Al²⁺ togar fastar í rafeindina en hlutlausa Al-frumeindin, þannig að IE₁(Al)

Prófaðu þig

Hvað hefur lægsta gildið fyrir IE₁: O, Po, Pb eða Ba?

Breytingar á rafeindafíkn

Rafeindafíkn (EA) er sú orkubreyting sem verður þegar rafeind er bætt við frumeind á gasformi til að mynda anjón (neikvæða jón).

X (g) + e^{-} ⟶ X^{−} (g) {EA}_{1}

Þetta ferli getur verið annaðhvort innvermið eða útvermið, allt eftir því um hvaða frumefni ræðir. Rafeindafíkn nokkurra frumefna er sýnd á mynd 6.35. Sjá má að mörg þessara frumefna hafa neikvæð gildi rafeindafíknar, sem þýðir að orka losnar þegar frumeindin á gasformi tekur við rafeind. Fyrir sum frumefni þarf hins vegar orku til að frumeindin verði neikvætt hlaðin og er gildi rafeindafíknar þeirra þá jákvætt. Rétt eins og á við um jónunarorku tengjast síðari gildi rafeindafíknar því að mynda jónir með meiri hleðslu. Önnur rafeindafíkn er sú orka sem tengist því að bæta rafeind við anjón til að mynda –2 jón, og svo framvegis.

Eins og við má búast verður auðveldara að bæta rafeind við þegar virk kjarnhleðsla frumeindanna í röð eykst. Við sjáum að þegar farið er frá vinstri til hægri þvert yfir lotu hafa gildi rafeindafíknar tilhneigingu til að verða neikvæðari. Þau frávik sem koma fram hjá frumefnum í flokki 2 (2A), flokki 15 (5A) og flokki 18 (8A) má skilja út frá rafeindaskipan þessara flokka. Eðalgastegundirnar í flokki 18 (8A) hafa fullskipað hvolf og því þarf að bæta nýju rafeindinni við hærra n-orkuþrep, sem er erfiðara. Flokkur 2 (2A) hefur fullsetið ns-undirhvolf, þannig að næsta rafeind sem bætist við fer í hærra orkuþrepið np og því er mælda gildi rafeindafíknarinnar ekki í samræmi við spáða tilhneigingu. Loks hefur flokkur 15 (5A) hálffyllt np-undirhvolf og næstu rafeind verður að para við þá np-rafeind sem fyrir er. Í öllum þessum tilvikum truflar upphaflegur stöðugleiki rafeindaskipanarinnar tilhneigingu rafeindafíknarinnar.

Einnig mætti búast við því að frumeindin efst í hverjum flokki hefði neikvæðustu rafeindafíknina; fyrsta jónunarorka þeirra bendir til þess að þessar frumeindir hafi stærstu virku kjarnhleðsluna. Þegar farið er niður flokk má hins vegar sjá að annað frumefnið í flokknum hefur oftast neikvæðustu rafeindafíknina. Þetta má rekja til þess hve n = 2 hvolfið er lítið og þeirrar miklu fráhrindingar milli rafeinda sem af því hlýst. Til dæmis hefur klór, með rafeindafíknina –348 kJ/mól, hæsta gildi allra frumefna í lotukerfinu. Rafeindafíkn flúors er –322 kJ/mól. Þegar rafeind er bætt við flúorfrumeind til að mynda flúoríðanjón (F⁻) er rafeindinni bætt við n = 2 hvolfið. Kjarninn togar í rafeindina, en það er einnig veruleg fráhrinding frá hinum rafeindunum sem þegar eru til staðar í þessu litla gildishvolfi. Klórfrumeindin hefur sömu rafeindaskipan í gildishvolfinu, en þar sem nýja rafeindin fer í n = 3 hvolfið tekur hún mun stærra rými og fráhrinding milli rafeinda minnkar. Nýja rafeindin verður ekki fyrir jafn mikilli fráhrindingu og klórfrumeindin tekur auðveldar við viðbótarrafeind, sem leiðir til neikvæðari rafeindafíknar.

Myndin inniheldur lotukerfi með titlinum „Gildi rafeindafíknar fyrir valin frumefni (kJ á mól)“. Taflan sýnir númer raðar eða lotu til vinstri með fjólubláum lit, og númer flokks eða dálks með bláum lit fyrir ofan hvern dálk. Gildi rafeindafíknar fyrir dæmigerð frumefni eru tilgreind og gildi merkt með stjörnu tákna reiknuð gildi. Gildi rafeindafíknar fyrir frumefni í flokki 1 (dálki 1) eru gefin upp með efnatáknum í töflunni sem hér segir: H neikvætt 72, Li neikvætt 60, Na neikvætt 53, K neikvætt 48, Rb neikvætt 46 og Cs neikvætt 45. Í flokki 2 eru gildin: Be jákvætt 240 stjarna, Mg jákvætt 230 stjarna, Ca jákvætt 150 stjarna, Sr jákvætt 160 stjarna og Ba jákvætt 50 stjarna. Í flokki 13 eru gildin: B neikvætt 23, Al neikvætt 44, Ga neikvætt 40 stjarna, In neikvætt 40 stjarna og Tl neikvætt 50. Í flokki 14 eru gildin: C neikvætt 123, Si neikvætt 120, Ge neikvætt 115, Sn neikvætt 121 og Pb neikvætt 101. Í flokki 15 eru gildin: N 0, P neikvætt 74, As neikvætt 7, Sb neikvætt 101 og Bi neikvætt 101. Í flokki 16 eru gildin: O neikvætt 141, S neikvætt 20, Se neikvætt 195, Te neikvætt 190 og Po neikvætt 170. Í flokki 17 eru gildin: F neikvætt 322, Cl neikvætt 348, Br neikvætt 324, I neikvætt 295 og At neikvætt 270 stjarna. Í flokki 18 eru gildin: He jákvætt 20 stjarna, Ne neikvætt 30, Ar jákvætt 35 stjarna, Kr jákvætt 40 stjarna, Xe jákvætt 40 stjarna og Rn jákvætt 40 stjarna. — **Mynd 6.35.** Þessi útgáfa af lotukerfinu sýnir gildi rafeindafíknar (í kJ/mól) fyrir valin frumefni.

Þeir eiginleikar sem fjallað er um í þessum kafla (stærð frumeinda og jóna, virk kjarnhleðsla, jónunarorkur og rafeindafíknir) eru lykilatriði til að skilja efnafræðilega hvarfgirni. Vegna þess að flúor hefur orkulega hagstæða rafeindafíkn (EA) og mikinn orkuþröskuld fyrir jónun (IE) er til dæmis mun auðveldara að mynda flúoranjónir en katjónir. Málmeiginleikar, þar á meðal rafleiðni og mótanleiki (getan til að mótast í þynnur), byggjast á því að hafa rafeindir sem auðvelt er að fjarlægja. Þess vegna eykst málmeðli þegar farið er niður flokk og minnkar þegar farið er yfir lotu, í samræmi við sömu tilhneigingu og sést fyrir stærð frumeinda, þar sem auðveldara er að fjarlægja rafeind sem er lengra frá kjarnanum.