Miért befolyásolják a valenciaelektronok egy elem atomsugarát?

Egy elem atomsugara az atommag középpontja és annak legkülső vagy vegyértékű elektronjai közötti távolság. Az atomsugár értéke kiszámítható módon változik, amikor áthalad a periódusos rendszerben. Ezeket a változásokat a magban lévő protonok pozitív töltése és az atom összes elektronjának negatív töltése közötti kölcsönhatás okozza.

Az atomok atomjai különböző energiaszinteken keringenek. Ezen energiaszinteken belül pályáik számos különböző formát ölthetnek, úgynevezett alhéjak. Ezt követően minden alhéj egy meghatározott számú pályát képes befogadni. Ahogy hozzáad egy elektronokat egy meglévő energiaszinthez, az alhéj pályái kitöltődnek, amíg az alhéj megtartja a lehető legnagyobb elektronokat. Amint az összes alhéj egy adott energiaszintnél megtelik, további elektronokat kell hozzáadni egy magasabb energiaszintű alhéjhoz. Az energiaszint értékének növekedésével nő az atom magjától való távolságuk is.

Az elemek atomsugara kiszámítható, periodikus módon változik. Amint balról jobbra haladunk a periódusos rendszer egyik fő csoportperiódusán, az atom sugara csökken. Ugyanakkor a vegyérték elektronok száma növekszik. Az atom sugár balról jobbra csökkenésének oka az, hogy a nettó atomtöltés növekszik, de a lehetséges elektronpályák energiaszintje nem. Más szavakkal, amikor egy új elektron hozzáadódik egy már elfoglalt energiaszinthez, a sugár nem tágul jelentősen. Ehelyett a magból érkező erősebb pozitív töltéssel az elektronfelhőt befelé húzzák, ami kisebb atomsugarat eredményez. Az átmenetifémek kissé eltérnek ettől a tendenciától.

Az atomsugarak periodikus trendje az árnyékolásnak nevezett jelenségnek tulajdonítható. Az árnyékolás arra utal, hogy az atom belső elektronjai mennyire árnyékolják a mag pozitív töltését. Ezért a vegyérték elektronok csak nettó pozitív töltést éreznek. Ezt nevezzük tényleges nukleáris töltésnek. Amint halad egy periódus alatt, a vegyérték elektronok száma megváltozik, de a belső elektronok száma nem. Ezért az effektív nukleáris töltés növekszik, aminek következtében a vegyérték elektronok befelé húzódnak.

Amikor a periódusos rendszer egy csoportjával lefelé halad, a vegyértékes elektronok energiaszintje növekszik. Ebben az esetben a vegyérték elektronok száma nem változik. Például a nátriumnak és a lítiumnak is van egy vegyértékű elektronja, de a nátrium magasabb energia szinten létezik. Ilyen esetben a mag középpontja és a vegyérték elektronok közötti teljes távolság nagyobb. Míg ezen a ponton a protonok száma is megnőtt, ezeknek a protonoknak a megnövekedett pozitív töltése az ellensúlyozza egy másik energiaszint értékű belső árnyékoló elektron a mag és a vegyérték között elektronok. Ezért az atom sugara egy csoporttal növekszik.