¿Por qué los electrones de valencia afectan el radio atómico de un elemento?

El radio atómico de un elemento es la distancia entre el centro del núcleo de un átomo y sus electrones más externos o de valencia. El valor del radio atómico cambia de manera predecible a medida que avanza por la tabla periódica. Estos cambios son causados ​​por la interacción entre la carga positiva de los protones en el núcleo y la carga negativa de todos los electrones del átomo.

Los electrones orbitan el núcleo de un átomo a diferentes niveles de energía. Dentro de estos niveles de energía, sus orbitales pueden tomar varias formas diferentes, llamadas subcapas. Posteriormente, cada subcapa puede acomodar un número específico de orbitales. A medida que agrega electrones a un nivel de energía existente, los orbitales en una subcapa se llenarán hasta que la subcapa contenga el máximo de electrones posibles. Una vez que se han llenado todas las subcapas en un nivel de energía específico, se deben agregar más electrones a una subcapa en un nivel de energía más alto. A medida que los niveles de energía aumentan de valor, también lo hace su distancia del núcleo del átomo.

Los radios atómicos de los elementos cambian de forma periódica y predecible. A medida que se mueve de izquierda a derecha a lo largo de un período de grupo principal de la tabla periódica, los radios atómicos disminuyen. Al mismo tiempo, aumenta el número de electrones de valencia. La razón de la disminución de izquierda a derecha en el radio atómico es que la carga nuclear neta aumenta, pero no el nivel de energía de los posibles orbitales de electrones. En otras palabras, cuando se agrega un nuevo electrón en un nivel de energía ya ocupado, el radio no se expande notablemente. En cambio, con una carga positiva más fuerte proveniente del núcleo, la nube de electrones es empujada hacia adentro, lo que resulta en un radio atómico más pequeño. Los metales de transición se desvían ligeramente de esta tendencia.

La tendencia periódica de los radios atómicos se puede atribuir a un fenómeno conocido como blindaje. El blindaje se refiere a la forma en que los electrones internos de un átomo protegen parte de la carga positiva del núcleo. Por lo tanto, los electrones de valencia solo sienten una carga neta positiva. A esto se le llama carga nuclear efectiva. A medida que avanza a lo largo de un período, el número de electrones de valencia cambia, pero el número de electrones internos no. Por lo tanto, la carga nuclear efectiva aumenta, lo que hace que los electrones de valencia se arrastren hacia adentro.

A medida que desciende un grupo de la tabla periódica, aumenta el nivel de energía de los electrones de valencia. En este caso, el número total de electrones de valencia no cambia. Por ejemplo, tanto el sodio como el litio tienen un electrón de valencia, pero el sodio existe a un nivel de energía más alto. En tal caso, la distancia total entre el centro del núcleo y los electrones de valencia es mayor. Si bien el número de protones también ha aumentado en este punto, la carga positiva aumentada de estos protones es compensado por el valor de otro nivel de energía de electrones de blindaje interno entre el núcleo y la valencia electrones. Por lo tanto, el radio atómico aumenta en un grupo.