Коротко — причины в том, что у элементов одной группы одинаковая валентная оболочка по заполнению, но разный главный квантовый номер $n$, поэтому меняются энергия и размеры орбиталей, и как следствие — химическое поведение.
Ключевые пункты:
- Валентная структура: у элементов одной группы общая схема заполнения $n{s}^{2}n{p}^x$ (например, для группы 14: C — $2s^{2}2p^2$, Si — $3s^{2}3p^2$, Sn — $5s^{2}5p^2$). Это объясняет общую семью свойств и типичные степени окисления.
- Размеры и экранирование: при увеличении $n$ радиус атома растёт ($r\propto n^2$), возрастает экранирование внутренних оболочек, эффективный заряд меньше росту не компенсируется — меняется эффективный заряд ядра $Z_{\text{eff}}$.
- Энергии и притяжение электронов: с увеличением $n$ уменьшается энергия связи валентных электронов, следовательно падают первая энергия ионизации $I_1$, электроотрицательность $\chi$ и часто величина энергии притяжения электрона $EA$:
$I_1(\text{верх})>I_1(\text{низ}),\chi (\text{верх})>\chi (\text{низ})$.
- Химическое поведение:
- Верхние (мелкие) члены группы: высокое $\chi$ и $EA$ => склонны принимать или совместно использовать электрон(ы), образуют ковалентные связи и анионы (если возможно), проявляют неметаллические свойства; их оксиды чаще кислые/амфотерные.
- Нижние (крупные) члены: низкое $I_1$ и $\chi$ => легче отдают электроны, образуют катионы и ионные связи, ведут себя как металлы: хорошая электропроводность, пластичность; оксиды более основные.
- У тяжёлых p‑элементов дополнительно проявляется «эффект инертной пары»: снижается стабильность высших степеней окисления, усиливается роль $s$-электронов (напр., для Pb устойчивы низшие степени окисления).
- Дополнительные следствия: поляризуемость и металлический характер ростают вниз по группе; реакционная способность как окислителя у галогенов убывает вниз ($F>Cl>Br>I$), ущербность макромолекулярных связей и электропроводности возрастают у нижних членов других групп.
Примеры: галогены — сверху сильные неметаллы ($F,Cl$), снизу менее реакционные, ближе к металлам (At). Группа 14 — C: типичный неметалл, Si — металоид, Sn/Pb — металлы с выраженным инерт‑парным поведением.