Warum beeinflussen Valenzelektronen den Atomradius eines Elements?

Der Atomradius eines Elements ist der Abstand zwischen dem Zentrum eines Atomkerns und seinen äußersten oder Valenzelektronen. Der Wert des Atomradius ändert sich auf vorhersehbare Weise, wenn Sie sich durch das Periodensystem bewegen. Diese Veränderungen werden durch die Wechselwirkung zwischen der positiven Ladung der Protonen im Kern und der negativen Ladung aller Elektronen des Atoms verursacht.

Elektronen umkreisen den Atomkern auf unterschiedlichen Energieniveaus. Innerhalb dieser Energieniveaus können ihre Orbitale verschiedene Formen annehmen, die als Unterschalen bezeichnet werden. Anschließend kann jede Unterschale eine bestimmte Anzahl von Orbitalen aufnehmen. Wenn Sie einem vorhandenen Energieniveau Elektronen hinzufügen, füllen sich die Orbitale in einer Unterschale, bis die Unterschale die maximal möglichen Elektronen enthält. Wenn alle Unterschalen eines bestimmten Energieniveaus aufgefüllt sind, müssen weitere Elektronen zu einer Unterschale eines höheren Energieniveaus hinzugefügt werden. Mit steigendem Wert der Energieniveaus nimmt auch ihr Abstand vom Atomkern zu.

Die Atomradien der Elemente ändern sich auf vorhersehbare, periodische Weise. Wenn Sie sich von links nach rechts über eine Hauptgruppenperiode des Periodensystems bewegen, nehmen die Atomradien ab. Gleichzeitig nimmt die Zahl der Valenzelektronen zu. Der Grund für die Abnahme des Atomradius von links nach rechts ist, dass die Nettokernladung zunimmt, das Energieniveau der möglichen Elektronenorbitale jedoch nicht. Mit anderen Worten, wenn ein neues Elektron in einem bereits besetzten Energieniveau hinzugefügt wird, erweitert sich der Radius nicht merklich. Stattdessen wird die Elektronenwolke mit einer stärkeren positiven Ladung vom Kern nach innen gezogen, was zu einem kleineren Atomradius führt. Die Übergangsmetalle weichen leicht von diesem Trend ab.

Der periodische Trend der Atomradien ist auf ein Phänomen zurückzuführen, das als Abschirmung bekannt ist. Abschirmung bezieht sich auf die Art und Weise, in der die inneren Elektronen eines Atoms einen Teil der positiven Ladung des Kerns abschirmen. Daher spüren die Valenzelektronen nur eine positive Nettoladung. Dies wird als effektive Kernladung bezeichnet. Wenn Sie sich über eine Periode bewegen, ändert sich die Anzahl der Valenzelektronen, die Anzahl der inneren Elektronen jedoch nicht. Daher erhöht sich die effektive Kernladung, wodurch die Valenzelektronen nach innen gezogen werden.

Wenn Sie sich eine Gruppe des Periodensystems nach unten bewegen, erhöht sich das Energieniveau der Valenzelektronen. In diesem Fall ändert sich die Gesamtzahl der Valenzelektronen nicht. Zum Beispiel haben sowohl Natrium als auch Lithium ein Valenzelektron, aber Natrium existiert auf einem höheren Energieniveau. In einem solchen Fall ist der Gesamtabstand zwischen dem Zentrum des Kerns und den Valenzelektronen größer. Während die Anzahl der Protonen zu diesem Zeitpunkt ebenfalls zugenommen hat, ist die erhöhte positive Ladung dieser Protonen ausgeglichen durch den Wert der inneren Abschirmelektronen eines anderen Energieniveaus zwischen dem Kern und der Valenz Elektronen. Daher nimmt der Atomradius eine Gruppe abwärts zu.