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물리, 화학적 성질의 주기적 변화         원소들의 전자배치는 원자번호가 증가함에 따라 주기적으로 변화한다. 따라서 원소들의 물리적, 화학적 성질도 주기적 변화를 보인다. 1869년에 마이어와 멘델레예프가 원자량의 증가 순서로 원소를 배열하면 여러 성질의 주기성이 나타난다고 발표하여 원자량 순으로 원소들을 배열한 주기율표가 만들어졌으며 1913년에 모즐리에 의해 보완되어 원자번호 순으로 배열한 주기율표가 오늘날까지 사용되고 있다. 원자 반경, 이온화 에너지 및 전자친화도가 주기율표상에서 어떤 관계가 있는지 알아보자. 원자 반경         주기율표에서 원자 반경의 주기적 변화는 다음과 같다. • 같은 주기에서 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 반지름이 감소한다. • 같은 족에서 아래쪽으로 갈수록 반지름이 증가한다. 같은 주기에서의 이러한 변화는 최외각 전자들이 받는 유효핵전하와 관계가 있다. 유효핵전하가 증가하면 최외각 전자들은 더 강한 인력을 가지게 되며 따라서 반지름이 감소한다. 예를 들어 리튬(Li)에서 플루오르(F)까지의 두 번째 주기를 고찰하자. 왼쪽에서 오른쪽으로 가면 안 껍질(1s2)에 있는 전자 수는 두 개로 일정하게 유지되지만 핵의 전하는 증가한다. 핵전하가 증가하면 전자수도 증가하는데 전자들은 서로를 효과적으로 가려 막을 수 없게 된다. 따라서 전자들에게 영향을 주는 유효핵전하가 리튬에서 플루오르에 이르기까지 지속적으로 증가하여 원자 반지름이 감소한다. 같은 족에서 아래로 내려가면 원자 반지름은 원자번호가 증가함에 따라 커진다. ⅠA족 원소(알칼리금속원소)들의 경우 최외각 전자는 ns궤도함수에 존재한다. 궤도함수는 주양자수 n이 증가함에 따라 커지므로 금속원자의 크기는 리튬(Li)에서 세슘(Cs)으로 감에 따라 증가한다. 다른 족에 있는 원소들도 같은 원리에 의하여 아래로 갈수록 반지름이 증가한다. 이온화 에너지         원자의 화학적 성질은 최외각 전자의 안정도와 밀접한 관계가 있다. 원자의 이온화 에너지는 바닥상태에 있는 기체상의 원자에서 전자 하나를 제거하는 데 필요한 에너지이며 최외각 전자의 안정도에 큰 영향을 받는다. 이온화 에너지가 크면 전자를 제거하가가 어려워진다. 1차 이온화 에너지(I1)는 바탕상태에 있는 기체원자에서 첫 번째 전자를 제거할 때 필요한 에너지이다. X(g) + I1 → X+(g) + e-          1차 이온화 위 식에서 X는 기체원자 그리고 e는 전자이다. 2차와 3차 이온화 에너지(I2), (I3)는 다음 식으로 표시된다. X+(g) + I2 → X2+(g) + e-                2차 이온화 X2+(g) + I3 → X3+(g) + e-               3차 이온화 4차,  5차 이온화 에너지 등도 비슷한 패턴으로 일어난다. 전자가 중성원자에서 제거되면 남아 있는 전자들 사이의 반발력은 감소한다. 그러나 핵전하는 동일하므로 생성된 양이온에서 또 다른 전자를 제거하려면 더 많은 에너지가 필요하다. 따라서 같은 원소에 대하여 이온화 에너지는 항상 다음의 순서로 증가한다. I1<I2<I3 … 원자번호에 따른 1차 이온화 에너지 변화는 다음과 같다. • 같은 주기에서 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 이온화 에너지는 증가한다. • 같은 족에서 위에서 아래로 갈수록 이온화 에너지는 감소한다. 한 주기 내에서는 유효핵전하가 왼쪽에서 오른쪽으로 가면서 증가하므로 원자는 작아지고 E라서 최외각전자가 더 큰 인력을 가지므로 1차 이온화 에너지가 증가한다. 그리고 대부분의 영족 기체들은 큰 이온화 에너지를 가진다. 영족기체 중에서 가장 위에 있는 따라서 가장 작은 헬륨의 1차 이온화 에너지가 가장 크다. ⅠA족 원소(알칼리금속원소)는 이온화 에너지는 가장 낮다. 이들 금속은 각각 완전히 채워진 내부껍질에 의하여 효과적으로 가려져 있는 최외각 전자를 하나만 가지고 있으므로 1가 양이온을 만드는데 필요한 에너지가 적다. ⅡA 족 원소(알칼리 토금속원소)는 알칼리금속원소보다 1차 이온화 에너지가 더 크다. 알칼리 토금속들은 두 개의 최외각 전자들을 가지고 있고(최외각 전자배치:ns2) 서로를 효과적으로 가릴 수 없으므로 이들의 유효 핵전하는 알칼리 금속의 유효 핵전하보다 더 크다. 유효 핵전하 크기의 변화로 주기율표에서 왼쪽에 위치한 금속들의 이온화 에너지는 상대적으로 낮으며 오른쪽에 위치한 비금속들은 훨씬 큰 값을 가지는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 가운데에 위치한 준금속들은 중간 값을 가지는 것으로 알려져 있다.  같은 족에서 이온화 에너지는 원자번호가 커짐에 따라(아래로 내려갈수록) 감소한다. 같은 족의 원소들은 동일한 최외각 전자 배치를 가진다. 그러나 주양자수 n이 증가하면 핵에서 최외각 전자까지의 평군거리가 증가하며 따라서 인력이 약해져 전자를 제거하기가 더 용이해진다. 그러므로 같은 족 원소들의 금속성질은 아래로 갈수록 증가한다. 특히 이 경향은 ⅢA ～ ⅦA 족의 원소에서 두드러진다. 예를 들어 ⅣA족의 경우 탄소는 비금속이고 규소와 게르마늄은 준금속이며 주석과 납은 금속이다. 같은 주기에서 왼쪽에서 오른쪽으로 가면서 이온화 에너지는 일반적으로 증가하지만 불규칙성이 존재한다. 첫 번째 불규칙성은 ⅡA족과 ⅢA족(예를 들면 베릴륨(Be)과 붕소(B) 그리고 마그네슘(Mg)와 알루미늄(Al)) 사이에서 보인다. ⅢA족 원소는 최외각 p 부껍질에 하나의 전자(ns2np1)를 가지고 있으며 이 전자는 내부 전자와 ns2전자에 의해 효과적으로 가려지므로 p전자 하나를 제거하는 것이 같은 주양자수를 가지며 쌍으로 채워진 s전자 중 하나를 제거하는 것보다 더 적은 에너지를 필요로 한다. 이것은 같은 주기에서 ⅢA족에 속하는 원소의 이온화 에너지가  ⅡA족에 속하는 원소의 이온화 에너지보다 더 낮은 것을 설명해 준다. 두 번째 불규칙성은 ⅤA족과 Ⅵ족(예를 들면 질소(N)에서 산소(O), 인(P)에서 황(S)) 사이에서 일어난다. ⅤA족 원소(ns2np3)에서 p전자는 훈트규칙에 따라 세 개의 서로 다른 궤도함수에 일어난다. ⅥA족 원소(ns2np4)에서 추가된 하나의 p전자는 세 개의 p전자들 중의 하나와 반드시 쌍을 이루어 정전기적 반발력을 증가시켜 이온화가 더 잘 되게 한다. 따라서 ⅥA족 원소의 이온화 에너지는 같은 주기에 있는 ⅤA족 원소보다 더 낮은 값을 가진다. 전자친화도         주기율표에서의 원소의 위치에 따라 변하는 또 다른 성질은 원자가 하나 또는 그 이상의 전자를 받아들일 수 있는 능력이다. 이 능력은 전자친화도로 측정되는데 이 값은 기체상태의 중성원자 또는 이온이 전자 하나를 받아들일 때 방출하는 에너지이다. 이 과정은 다음 식으로 표시될 수 있다. X(g) + e- → X-(g) 위 식에서 X는 특정한 원소의 원자이다. 전자친화도가 음으로 더 크면 전자를 더 잘 받아들여서 더 쉽게 음이온을 만든다. 같은 주기에서 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 전자친화도가 음으로 더 커진다. ⅦA족 원소(할로겐 원소)는 가장 큰 음의 전자친화도 값을 가진다. 이것은 할로겐 원자는 전자 하나를 받아들여 안정한 영족기체의 전자배치를 가지는 것으로 설명할 수 있다. 산소원자의 전자친화도는 음의 값을 가지는데 이는 다음 과정이  유리하게 일어난다는 것을 의미한다. O(g) + e- → O-(g) 그러나 O-이온의 전자친화도는 O2-이온이 영족기체인 네온(Ne)과 서로 등전자임에도 불구하고 양의 값(780kJ/mol)을 가진다. O-(g) + e- → O2-(g) 위 과정은 전자간의 반발력이 증가하므로 영족기체의 전자배치를 가짐으로써 얻어지는 안정성이 크게 감소하여 기체상태에서는 불리하게 된다. 그러나 M2O, MO같은 이온성 산화물에서 O2- 와 같은 이온은 인접해 있는 양이온에 의해 안정화된다. 전기음성도         원소의 전기음성도는 분자내에 있는 공유전자쌍에 대한 원자의 인력의 척도이다. 주기율표에서 오른쪽의 원소들은 왼쪽의 원소들보다 전기음성도가 더 크며 아래쪽으로 내려갈수록 감소한다. 따라서 플루오르(F)의 전기음성도가 가장 크고 세슘(Cs)이 가장 작다. 오른쪽에 있는 할로겐 원소들이나 산소족 원소들은 전자를 얻어 음이온이 되려는 경향이 크며 왼쪽의 알칼리 및 알칼리 토 금속 원소들은 전자를 읽어 양이온이 되려는 경향이 크다. 결합하는 원소들의 전기음성도의 차이가 크지 않으면 궁유결합을 이루는데 전기음성도가 더 큰 원자 쪽으로 공유전자쌍이 끌린다. 염소는 수소보다 전기음성도가 더 크므로 염화수소 분자의 공유전자쌍은 염소 원자에 의해 더 세게 이끌리고 염소가 전기적으로 더 음성이다. 이런 경우 공유결합에 극성이 있다고 말한다. 각 족의 화학적 성질         같은 족에 속하는 원소들은 유사한 바깥껍질 전자배치로 인하여 서로 비슷한 화학적 성질을 가진다. 예를 들어 ⅠA족에 있는 원소들은 수소를 제외하고는 연하며 반응성이 아주 큰 알칼리 금속들이다. 아래로 내려 갈수록 더 연해지며 반응성 또한 커진다. ⅡA족 원소들은 알칼리 토 금속 원소이며 연하며 반응성이 크다. ⅠA족과 ⅡA족 원소들은 주로 전자를 잃고 양이온을 만드는 경향이 있다. ⅦA 족 원소들은 할로겐이라 불리며 반응성이 높고 주로 음이온을 만든다. 할로겐 원소들은 알칼리 금속과 반응하여 이온성 고체를 만든다. 주기율표의 가장 오른쪽에는 반응성이 거의 없고 일원자분자이며 기체인 불활성 원소들이 존재한다. 무거운 원소(크세논과 크립톤은 최근에 약간화합물들이 만들어 졌다)         그러나 각 족의 첫 번째 원소들(리튬부터 플루오르까지의 2주기 원소들)은 같은 족의 다른 원소들과는 다르다는 것이 알려졌다. 한 예로 리튬은 알칼리금속의 많은 특성을 가지고 있지만 ⅠA 족 금속 중 유일하게 산소와 하나만의 화합물(Li2O)을 만드는 원소이다. 다른 원소들은 M2O뿐만 아니라 M2O2, MO2 (Na2O2, KO2 등) 도 만드는 것으로 알려져 있다. 일반적으로 이러한 차이는 각 족의 첫 번째 원소가 다른 원소들보다 비정상적으로 작기 때문인 것으로 설명되고 있다. 대각선 관계 또한 관찰되고 있다. 한 원소와 대각선 위치에 있는 원소 사이에 유사성이 있다는  것이 알려졌다 예를 들면 리튬, 베릴륨 및 붕소는  각각 대각선 위치에 있는 마그네슘, 알루미늄, 규소와 유사한 화학적 성질을 가진다. 마지막으로 같은 족에서 아래로 내려가면 산화수가 2만큼 감소한다는 것이 보고 되었다. 이것을 inert pair effect라 부른다. ⅢA족 원소들 중 알루미늄, 갈륨, 인듐은 주로 3가 화합물로 존재하지만 탈륨은 1가 화합물로 주로 존재한다. 유사한 현상이 ⅣA, ⅤA족에서도 일어나고 있다. 금속, 비금속, 준금속         원소들을 크게 분류하면 왼쪽에 있는 금속들과 오fms쪽에 있는 비금속들 그리고 가운데 있는 준금속들로 나누어진다. 금속은 회백색 광택(예외, 구리:적색, 금:황색)을 가지며 열과 전기를 전도한다. 수은을 제외하고는 실온에서 금속이며 전성과 연성을 가지므로 얇은 판으로 늘릴 수 있고 가는 실 모양으로 할 수 도 있다.         비금속은 금속의 특징을 가지고 있지 않다. 기체로 존재하기도 하고(수소, 질소, 플루오르, 염소) 고체로 존재하기도 한다(탄소, 황, 인, 요오드). 브롬은 실온에서 유일한 비금속 액체이다. 같은 족에서 아래로 갈수록 녹는 점이 높아진다(할로겐원소의 경우, 플루오르와 염소는 기체, 브롬은 액체, 그리고 요오드는 고체이다). 준금속은 경계에 있으며 중간적인 성질을 가진다. 예를 들면 폴로늄, 안티모니, 비스무트, 주석 등이 속한다.