Tendenser i grundstoffernes kemiske egenskaber

Som nævnt ovenfor er den karakteristiske kemiske egenskab for et metalatom, at det mister en eller flere af sine elektroner og danner en positiv ion. Visse metaller mister imidlertid elektroner meget lettere end andre. Især kan cæsium (Cs) afgive sin valenselektron lettere end lithium (Li). Faktisk varierer det for alkalimetallerne (grundstofferne i gruppe 1), hvor let det er at afgive en elektron, som følger: Cs > Rb > K > Na > Li, idet Cs er den mest sandsynlige og Li den mindst sandsynlige til at miste en elektron. Når man går nedad i gruppen, bliver det mere sandsynligt, at metallerne mister en elektron, fordi den elektron, der skal fjernes, ligger stadig længere væk fra den positive kerne. Det vil sige, at den elektron, der går tabt fra Cs for at danne Cs+, ligger i meget større afstand fra den attraktive positive kerne – og er derfor lettere at fjerne – end den elektron, der skal fjernes fra et lithiumatom for at danne Li+. Den samme tendens ses også blandt grundstofferne i gruppe 2 (de alkalisk-jordiske metaller); jo længere nede i gruppen metallet befinder sig, jo mere sandsynligt er det, at det mister en elektron.

Som metaller varierer noget i deres egenskaber, gør ikke-metaller det også. Som en generel regel findes de mest kemisk aktive metaller i den nederste venstre region i det periodiske system, mens de mest kemisk aktive ikke-metaller findes i den øverste højre region. Egenskaberne hos semimetallerne, eller metalloiderne, ligger mellem metallernes og ikke-metallernes egenskaber.

Et grundstofs ioniseringsenergi er den energi, der kræves for at fjerne en elektron fra et enkelt atom. Her repræsenterer M(g) et metal i damptilstand.

Metalatomer mister elektroner til ikke-metalatomer, fordi metaller typisk har relativt lave ioniseringsenergier. Metaller i bunden af en gruppe mister lettere elektroner end metaller i toppen. Det vil sige, at ioniseringsenergierne har en tendens til at falde, når man går fra toppen til bunden af en gruppe. Ikke-metaller, som findes i det højre område af det periodiske system, har relativt store ioniseringsenergier og har derfor en tendens til at få elektroner. Ioniseringsenergierne stiger generelt, når man går fra venstre mod højre i en given periode. Således har de grundstoffer, der forekommer i den nederste venstre region i det periodiske system, de laveste ioniseringsenergier (og er derfor de mest kemisk aktive metaller), mens de grundstoffer, der forekommer i den øverste højre region i det periodiske system, har de højeste ioniseringsenergier (og er derfor de mest kemisk aktive ikke-metaller).

Som nævnt ovenfor, når et ikke-metallisk grundstof reagerer med et metallisk grundstof, overføres elektroner fra metallets atomer til atomerne i ikke-metallet, hvorved der dannes henholdsvis positive ioner (kationer) og negative ioner (anioner). Herved opstår der en ionisk forbindelse. For eksempel reagerer lithium og fluor (F) for at danne lithiumfluorid (LiF), som indeholder Li+- og F-ioner.

I modsætning hertil, når to ikke-metalliske elementer reagerer, kombineres atomerne for at danne molekyler ved at dele elektroner. Bindinger, der dannes ved deling af elektroner mellem atomer, kaldes kovalente bindinger. Elektronerne deles i stedet for at blive overført, fordi de to ikke-metalatomer har sammenlignelige tiltrækningskræfter for elektronerne i bindingen. Fluorgas består f.eks. af F2-molekyler, hvor fluoratomerne er bundet sammen ved at dele et par elektroner, hvor hvert atom bidrager med en elektron. Desuden reagerer brint og fluor under dannelse af hydrogenfluorid, som indeholder HF-molekyler. Brint- og fluoratomerne er bundet sammen af et elektronpar, hvor brintatomet bidrager med en elektron og fluoratomet med en elektron. Selv om elektronerne deles mellem hydrogen- og fluoratomerne, er de i dette tilfælde ikke ligeligt fordelt. Dette fremgår af det faktum, at HF-molekylet er polært; hydrogenatomet har en delvis positiv ladning (δ+), mens fluoratomet har en delvis negativ ladning (δ-): H-F
δ+ δ- (I dette eksempel står symbolet δ for et tal mindre end 1.) Denne elektriske polaritet opstår, fordi de delte elektroner tilbringer mere tid tæt på fluoratomet end på hydrogenatomet. Det vil sige, at fluor har større affinitet for de delte elektroner end brint. Dette fører til en polar kovalent binding.

Egenskaben hos et atom til at tiltrække de elektroner, der deles med et andet atom, kaldes dets elektronegativitet. De forskellige atomers relative elektronegativitet kan bestemmes ved at måle polariteterne af de bindinger, der involverer de pågældende atomer. Fluor har den største elektronegativitet (4,0, ifølge Pauling-skalaen), mens cæsium og francium har de mindste værdier (henholdsvis 0,79 og 0,7). Generelt har ikke-metalatomer en højere elektronegativitet end metalatomer. I det periodiske system stiger elektronegativiteten typisk, når man bevæger sig over en periode, og falder, når man går nedad i en gruppe. Når grundstoffer med meget forskellige elektronegativiteter (f.eks. fluor og cæsium) reagerer, overføres en eller flere elektroner til en ionisk forbindelse. F.eks. reagerer cæsium og fluor og danner CsF, som indeholder Cs+- og F-ioner. Når ikke-metalatomer med forskellig elektronegativitet reagerer, danner de molekyler med polære kovalente bindinger.

En anden vigtig atomar egenskab er atomare størrelser. Atomernes størrelse varierer; atomer har generelt en tendens til at blive større, når man går nedad i en gruppe i det periodiske system, og mindre, når man går fra venstre mod højre på tværs af en periode.