لماذا تؤثر إلكترونات التكافؤ على نصف القطر الذري للعنصر؟

نصف القطر الذري لعنصر ما هو المسافة بين مركز نواة الذرة وأبعدها ، أو إلكترونات التكافؤ. تتغير قيمة نصف القطر الذري بطرق يمكن التنبؤ بها وأنت تتحرك عبر الجدول الدوري. تحدث هذه التغييرات بسبب التفاعل بين الشحنة الموجبة للبروتونات في النواة والشحنة السالبة لجميع إلكترونات الذرة.

تدور الإلكترونات حول نواة الذرة عند مستويات طاقة مختلفة. ضمن مستويات الطاقة هذه ، يمكن أن تأخذ مداراتها عددًا من الأشكال المختلفة ، تسمى الأجزاء الفرعية. بعد ذلك ، يمكن أن تستوعب كل قشرة فرعية عددًا محددًا من المدارات. عندما تضيف إلكترونات إلى مستوى طاقة موجود ، ستمتلئ المدارات في الغلاف الفرعي حتى تحتفظ الطبقة الفرعية بأقصى قدر ممكن من الإلكترونات. بمجرد أن تمتلئ جميع الأجزاء الفرعية عند مستوى طاقة معين ، يجب إضافة إلكترونات أخرى إلى قشرة فرعية بمستوى طاقة أعلى. مع زيادة مستويات الطاقة في القيمة ، تزداد كذلك بعدهم عن نواة الذرة.

يتغير نصف القطر الذري للعناصر بطريقة دورية يمكن التنبؤ بها. عندما تنتقل من اليسار إلى اليمين عبر فترة مجموعة رئيسية في الجدول الدوري ، ينخفض ​​نصف القطر الذري. في الوقت نفسه ، يزداد عدد إلكترونات التكافؤ. سبب الانخفاض من اليسار إلى اليمين في نصف القطر الذري هو أن صافي الشحنة النووية يزداد ولكن مستوى الطاقة لمدارات الإلكترون المحتملة لا يزداد. بمعنى آخر ، عند إضافة إلكترون جديد إلى مستوى طاقة مشغول بالفعل ، لا يتوسع نصف القطر بشكل ملحوظ. بدلاً من ذلك ، مع وجود شحنة موجبة أقوى قادمة من النواة ، يتم سحب سحابة الإلكترون إلى الداخل ، مما ينتج عنه نصف قطر ذري أصغر. تنحرف المعادن الانتقالية قليلاً عن هذا الاتجاه.

يُعزى الاتجاه الدوري في نصف القطر الذري إلى ظاهرة تُعرف باسم التدريع. يشير التدريع إلى الطريقة التي تحمي بها الإلكترونات الداخلية للذرة بعض الشحنة الموجبة للنواة. لذلك ، فإن إلكترونات التكافؤ تشعر فقط بشحنة موجبة صافية. وهذا ما يسمى الشحنة النووية الفعالة. أثناء تحركك خلال فترة ما ، يتغير عدد إلكترونات التكافؤ ، لكن عدد الإلكترونات الداخلية لا يتغير. لذلك ، تزداد الشحنة النووية الفعالة ، مما يتسبب في سحب إلكترونات التكافؤ إلى الداخل.

كلما تحركت إلى أسفل مجموعة من الجدول الدوري ، يزداد مستوى طاقة إلكترونات التكافؤ. في هذه الحالة ، لا يتغير العدد الإجمالي لإلكترونات التكافؤ. على سبيل المثال ، يحتوي كل من الصوديوم والليثيوم على إلكترون تكافؤ واحد ، لكن الصوديوم موجود عند مستوى طاقة أعلى. في مثل هذه الحالة ، تكون المسافة الإجمالية بين مركز النواة وإلكترونات التكافؤ أكبر. في حين أن عدد البروتونات قد زاد أيضًا في هذه المرحلة ، فإن الشحنة الإيجابية المتزايدة لهذه البروتونات هي يقابلها مستوى طاقة آخر لإلكترونات الحماية الداخلية بين النواة والتكافؤ الإلكترونات. لذلك ، يزيد نصف القطر الذري أسفل مجموعة.