De atomaire straal van een element is de afstand tussen het centrum van de kern van een atoom en de buitenste of valentie-elektronen. De waarde van de atomaire straal verandert op voorspelbare manieren terwijl u door het periodiek systeem beweegt. Deze veranderingen worden veroorzaakt door de interactie tussen de positieve lading van de protonen in de kern en de negatieve lading van alle elektronen van het atoom.
Energie niveau
Elektronen draaien om de kern van een atoom op verschillende energieniveaus. Binnen deze energieniveaus kunnen hun orbitalen een aantal verschillende vormen aannemen, subschillen genoemd. Vervolgens kan elke subshell een bepaald aantal orbitalen herbergen. Als je elektronen toevoegt aan een bestaand energieniveau, vullen de orbitalen in een subschil zich totdat de subschil de maximaal mogelijke elektronen bevat. Zodra alle subschillen op een bepaald energieniveau vol zijn, moeten verdere elektronen worden toegevoegd aan een subschil op een hoger energieniveau. Naarmate energieniveaus in waarde toenemen, neemt ook hun afstand tot de atoomkern toe.
Trends over een periode
De atoomstralen van de elementen veranderen op een voorspelbare, periodieke manier. Als je van links naar rechts door een hoofdgroepsperiode van het periodiek systeem beweegt, nemen de atoomstralen af. Tegelijkertijd neemt het aantal valentie-elektronen toe. De reden voor de afname van de atoomstraal van links naar rechts is dat de netto kernlading toeneemt, maar het energieniveau van de mogelijke elektronenorbitalen niet. Met andere woorden, wanneer een nieuw elektron wordt toegevoegd in een reeds bezet energieniveau, wordt de straal niet merkbaar groter. In plaats daarvan, met een sterkere positieve lading die uit de kern komt, wordt de elektronenwolk naar binnen getrokken, wat resulteert in een kleinere atomaire straal. De overgangsmetalen wijken enigszins af van deze trend.
Afscherming
De periodieke trend in atomaire stralen is toe te schrijven aan een fenomeen dat bekend staat als afscherming. Afscherming verwijst naar de manier waarop de binnenste elektronen van een atoom een deel van de positieve lading van de kern afschermen. Daarom voelen de valentie-elektronen alleen een netto positieve lading. Dit wordt de effectieve kernlading genoemd. Naarmate je door een periode beweegt, verandert het aantal valentie-elektronen, maar het aantal binnenste elektronen niet. Daarom neemt de effectieve kernlading toe, waardoor de valentie-elektronen naar binnen trekken.
Trends in een groep
Naarmate je een groep van het periodiek systeem naar beneden beweegt, neemt het energieniveau van de valentie-elektronen toe. In dit geval verandert het totale aantal valentie-elektronen niet. Zowel natrium als lithium hebben bijvoorbeeld één valentie-elektron, maar natrium bestaat op een hoger energieniveau. In een dergelijk geval is de totale afstand tussen het centrum van de kern en de valentie-elektronen groter. Hoewel het aantal protonen op dit punt ook is toegenomen, is de toegenomen positieve lading van deze protonen gecompenseerd door een ander energieniveau aan binnenste afschermingselektronen tussen de kern en de valentie elektronen. Daarom neemt de atomaire straal een groep af.