Атомный радиус элемента - это расстояние между центром ядра атома и его внешними или валентными электронами. Значение атомного радиуса изменяется предсказуемым образом по мере того, как вы перемещаетесь по таблице Менделеева. Эти изменения вызваны взаимодействием между положительным зарядом протонов в ядре и отрицательным зарядом всех электронов атома.
Уровни энергии
Электроны вращаются вокруг ядра атома на разных уровнях энергии. На этих энергетических уровнях их орбитали могут принимать различные формы, называемые подоболочками. Впоследствии каждая подоболочка может вмещать определенное количество орбиталей. Когда вы добавляете электроны к существующему уровню энергии, орбитали подоболочки заполняются до тех пор, пока подоболочка не удерживает максимально возможное количество электронов. После того, как все подоболочки на определенном энергетическом уровне заполнились, дополнительные электроны должны быть добавлены к подоболочке на более высоком энергетическом уровне. По мере увеличения значения уровней энергии увеличивается и их расстояние от ядра атома.
Тенденции за период
Атомные радиусы элементов изменяются предсказуемым, периодическим образом. По мере того, как вы перемещаетесь слева направо через основной групповой период периодической таблицы, атомные радиусы уменьшаются. При этом количество валентных электронов увеличивается. Причина уменьшения радиуса атома слева направо заключается в том, что чистый заряд ядра увеличивается, а уровень энергии возможных электронных орбиталей - нет. Другими словами, когда новый электрон добавляется на уже занятый энергетический уровень, радиус заметно не увеличивается. Вместо этого с более сильным положительным зарядом, исходящим от ядра, электронное облако притягивается внутрь, что приводит к меньшему радиусу атома. Переходные металлы немного отклоняются от этой тенденции.
Экранирование
Периодическая тенденция изменения атомных радиусов объясняется явлением, известным как экранирование. Экранирование относится к способу, которым внутренние электроны атома экранируют часть положительного заряда ядра. Следовательно, валентные электроны ощущают только чистый положительный заряд. Это называется эффективным ядерным зарядом. По мере того, как вы перемещаетесь через период, количество валентных электронов изменяется, а количество внутренних электронов - нет. Следовательно, эффективный заряд ядра увеличивается, заставляя валентные электроны притягиваться внутрь.
Тенденции вниз по группе
По мере того, как вы перемещаетесь вниз по группе периодической таблицы, уровень энергии валентных электронов увеличивается. В этом случае общее количество валентных электронов не меняется. Например, и у натрия, и у лития есть один валентный электрон, но у натрия есть более высокий энергетический уровень. В таком случае общее расстояние между центром ядра и валентными электронами больше. Хотя количество протонов в этот момент также увеличилось, увеличенный положительный заряд этих протонов равен компенсируется ценностью другого уровня энергии внутренних экранирующих электронов между ядром и валентностью электроны. Следовательно, атомный радиус увеличивается вниз по группе.