Защо валентните електрони влияят на атомния радиус на елемент?

Атомният радиус на елемент е разстоянието между центъра на ядрото на атома и неговите най-външни или валентни електрони. Стойността на атомния радиус се променя по предвидими начини, докато се движите в периодичната таблица. Тези промени са причинени от взаимодействието между положителния заряд на протоните в ядрото и отрицателния заряд на всички електрони на атома.

Електроните обикалят около ядрото на атом на различни енергийни нива. В рамките на тези енергийни нива техните орбитали могат да приемат редица различни форми, наречени подчерупки. Впоследствие, всяка подчерупка може да побере определен брой орбитали. Докато добавяте електрони към съществуващо енергийно ниво, орбиталите в под обвивката ще се запълват, докато под обвивката държи максимално възможните електрони. След като всички под-черупки на определено енергийно ниво се запълнят, трябва да се добавят допълнителни електрони към под-черупката на по-високо енергийно ниво. С увеличаване на стойностите на енергийните нива нараства и тяхното разстояние от ядрото на атома.

Атомните радиуси на елементите се променят по предсказуем, периодичен начин. Докато се движите отляво надясно през период на основна група от периодичната таблица, атомните радиуси намаляват. В същото време броят на валентните електрони се увеличава. Причината за намаляване на атомния радиус отляво надясно е, че нетният ядрен заряд се увеличава, но енергийното ниво на възможните електронни орбитали не. С други думи, когато се добави нов електрон във вече заето енергийно ниво, радиусът не се разширява значително. Вместо това, с по-силен положителен заряд, идващ от ядрото, електронният облак се изтегля навътре, което води до по-малък атомен радиус. Преходните метали леко се отклоняват от тази тенденция.

Периодичната тенденция в атомните радиуси се дължи на явление, известно като екраниране. Екранирането се отнася до начина, по който вътрешните електрони на атома екранират част от положителния заряд на ядрото. Следователно валентните електрони усещат само нетен положителен заряд. Това се нарича ефективен ядрен заряд. Докато се движите през период, броят на валентните електрони се променя, но броят на вътрешните електрони не. Следователно ефективният ядрен заряд се увеличава, което кара валентните електрони да се изтеглят навътре.

Докато се движите надолу по група от периодичната система, енергийното ниво на валентните електрони се увеличава. В този случай общият брой на валентните електрони не се променя. Например и натрият, и литият имат един валентен електрон, но натрият съществува на по-високо енергийно ниво. В такъв случай общото разстояние между центъра на ядрото и валентните електрони е по-голямо. Докато броят на протоните също се е увеличил в този момент, увеличеният положителен заряд на тези протони е компенсиран от стойността на друго енергийно ниво на вътрешните екраниращи електрони между ядрото и валентността електрони. Следователно атомният радиус се увеличава надолу по група.