Por que os elétrons de valência afetam o raio atômico de um elemento?

O raio atômico de um elemento é a distância entre o centro do núcleo do átomo e seus mais externos, ou elétrons de valência. O valor do raio atômico muda de maneiras previsíveis conforme você se move pela tabela periódica. Essas mudanças são causadas pela interação entre a carga positiva dos prótons no núcleo e a carga negativa de todos os elétrons do átomo.

Os elétrons orbitam o núcleo de um átomo em diferentes níveis de energia. Dentro desses níveis de energia, seus orbitais podem assumir várias formas diferentes, chamadas de subcamadas. Posteriormente, cada subcamada pode acomodar um número específico de orbitais. À medida que você adiciona elétrons a um nível de energia existente, os orbitais em uma subcamada serão preenchidos até que a subcamada contenha o máximo possível de elétrons. Uma vez que todas as subcamadas em um nível de energia específico tenham sido preenchidas, mais elétrons devem ser adicionados a uma subcama em um nível de energia mais alto. À medida que os níveis de energia aumentam de valor, também aumenta sua distância do núcleo do átomo.

Os raios atômicos dos elementos mudam de maneira previsível e periódica. Conforme você se move da esquerda para a direita em um período do grupo principal da tabela periódica, os raios atômicos diminuem. Ao mesmo tempo, o número de elétrons de valência aumenta. A razão para a diminuição da esquerda para a direita no raio atômico é que a carga nuclear líquida aumenta, mas o nível de energia dos possíveis orbitais de elétrons não. Em outras palavras, quando um novo elétron é adicionado em um nível de energia já ocupado, o raio não se expande notavelmente. Em vez disso, com uma carga positiva mais forte vindo do núcleo, a nuvem de elétrons é puxada para dentro, resultando em um raio atômico menor. Os metais de transição desviam ligeiramente desta tendência.

A tendência periódica dos raios atômicos é atribuível a um fenômeno conhecido como blindagem. A blindagem se refere à maneira como os elétrons internos de um átomo protegem parte da carga positiva do núcleo. Portanto, os elétrons de valência sentem apenas uma carga líquida positiva. Isso é chamado de carga nuclear efetiva. Conforme você se move através de um período, o número de elétrons de valência muda, mas o número de elétrons internos não. Portanto, a carga nuclear efetiva aumenta, fazendo com que os elétrons de valência sejam puxados para dentro.

Conforme você desce um grupo da tabela periódica, o nível de energia dos elétrons de valência aumenta. Nesse caso, o número total de elétrons de valência não muda. Por exemplo, tanto o sódio quanto o lítio têm um elétron de valência, mas o sódio existe em um nível de energia mais alto. Nesse caso, a distância total entre o centro do núcleo e os elétrons de valência é maior. Embora o número de prótons também tenha aumentado neste ponto, o aumento da carga positiva desses prótons é compensado pelo valor de outro nível de energia de elétrons de proteção interna entre o núcleo e a valência elétrons. Portanto, o raio atômico aumenta para baixo em um grupo.