Promień atomowy pierwiastka to odległość między środkiem jądra atomu a jego najbardziej zewnętrznymi elektronami walencyjnymi. Wartość promienia atomowego zmienia się w przewidywalny sposób podczas poruszania się po układzie okresowym pierwiastków. Zmiany te są spowodowane interakcją między dodatnim ładunkiem protonów w jądrze a ujemnym ładunkiem wszystkich elektronów atomu.
Poziomy energii
Elektrony krążą wokół jądra atomu na różnych poziomach energii. W ramach tych poziomów energii ich orbitale mogą przybierać różne kształty, zwane podpowłokami. Następnie każda podpowłoka może pomieścić określoną liczbę orbitali. Gdy dodasz elektrony do istniejącego poziomu energii, orbitale w podpowłoce będą się zapełniać, aż podpowłoka będzie zawierała maksymalną możliwą liczbę elektronów. Gdy wszystkie podpowłoki na określonym poziomie energetycznym zapełnią się, kolejne elektrony muszą zostać dodane do podpowłoki na wyższym poziomie energetycznym. Wraz ze wzrostem wartości poziomów energii rośnie ich odległość od jądra atomu.
Trendy w okresie
Promienie atomowe pierwiastków zmieniają się w przewidywalny, okresowy sposób. W miarę przesuwania się od lewej do prawej przez okres głównej grupy układu okresowego pierwiastków promienie atomowe maleją. Jednocześnie wzrasta liczba elektronów walencyjnych. Powodem zmniejszenia promienia atomowego od lewej do prawej jest to, że wypadkowy ładunek jądrowy wzrasta, ale nie zwiększa się poziom energii możliwych orbitali elektronowych. Innymi słowy, kiedy nowy elektron jest dodawany na już zajętym poziomie energii, promień nie rozszerza się znacząco. Zamiast tego, przy silniejszym ładunku dodatnim pochodzącym z jądra, chmura elektronów jest przyciągana do wewnątrz, co powoduje mniejszy promień atomowy. Metale przejściowe nieco odbiegają od tego trendu.
Zastawianie
Okresowy trend promieni atomowych można przypisać zjawisku znanemu jako ekranowanie. Ekranowanie odnosi się do sposobu, w jaki wewnętrzne elektrony atomu osłaniają część dodatniego ładunku jądra. Dlatego elektrony walencyjne odczuwają tylko dodatni ładunek netto. Nazywa się to efektywnym ładunkiem jądrowym. W miarę poruszania się po okresie zmienia się liczba elektronów walencyjnych, ale nie zmienia się liczba elektronów wewnętrznych. Dlatego efektywny ładunek jądrowy wzrasta, powodując przyciąganie elektronów walencyjnych do wewnątrz.
Trendy w dół grupy
Gdy przesuwasz się w dół grupy układu okresowego, poziom energii elektronów walencyjnych wzrasta. W tym przypadku ogólna liczba elektronów walencyjnych nie zmienia się. Na przykład zarówno sód, jak i lit mają jeden elektron walencyjny, ale sód istnieje na wyższym poziomie energetycznym. W takim przypadku całkowita odległość między środkiem jądra a elektronami walencyjnymi jest większa. Chociaż liczba protonów również wzrosła w tym momencie, zwiększony ładunek dodatni tych protonów wynosi przesunięte o wartość innego poziomu energii wewnętrznych elektronów ekranujących między jądrem a wartościowością elektrony. Dlatego promień atomowy zwiększa się w dół grupy.