Prečo valenčné elektróny ovplyvňujú atómový polomer prvku?

Atómový polomer prvku je vzdialenosť medzi stredom jadra atómu a jeho najvzdialenejšími alebo valenčnými elektrónmi. Pri prechode periodickou tabuľkou sa hodnota atómového polomeru mení predvídateľnými spôsobmi. Tieto zmeny sú spôsobené interakciou medzi pozitívnym nábojom protónov v jadre a negatívnym nábojom všetkých elektrónov atómu.

Elektróny obiehajú okolo jadra atómu na rôznych energetických úrovniach. V rámci týchto energetických úrovní môžu mať ich orbitaly množstvo rôznych tvarov, ktoré sa nazývajú čiastkové škrupiny. Následne môže každý subshell pojať konkrétny počet orbitálov. Keď pridáte elektróny k existujúcej energetickej úrovni, orbitály v podšupke sa budú plniť, kým podšupka nebude obsahovať maximum možných elektrónov. Keď sa všetky čiastkové škrupiny na konkrétnej energetickej úrovni naplnia, musia sa do čiastkovej škrupiny na vyššej energetickej úrovni pridať ďalšie elektróny. So zvyšovaním hodnoty energetických hladín sa zvyšuje aj ich vzdialenosť od jadra atómu.

Atómové polomery prvkov sa menia predvídateľným periodickým spôsobom. Postupom zľava doprava v období hlavnej skupiny periodickej tabuľky sa atómové polomery zmenšujú. Zároveň sa zvyšuje počet valenčných elektrónov. Dôvod pre zľava doprava zmenšujúci sa polomer atómu je ten, že sa zvyšuje čistý jadrový náboj, ale energetická úroveň možných elektrónových orbitálov nie. Inými slovami, keď sa pridá nový elektrón v už obsadenej energetickej úrovni, polomer sa pozoruhodne nerozšíri. Namiesto toho so silnejším kladným nábojom prichádzajúcim z jadra sa elektrónový mrak tiahne dovnútra, čo vedie k menšiemu polomeru atómu. Prechodné kovy sa od tohto trendu mierne odchyľujú.

Periodický trend v atómových polomeroch možno pripísať javu známemu ako tienenie. Tienenie sa týka spôsobu, ktorým vnútorné elektróny atómu chránia pred pozitívnym nábojom jadra. Valenčné elektróny preto cítia iba čistý kladný náboj. Tomu sa hovorí efektívny jadrový náboj. Pri prechode periódou sa počet valenčných elektrónov mení, ale počet vnútorných elektrónov nie. Preto sa zvyšuje efektívny jadrový náboj, ktorý spôsobuje, že valenčné elektróny sa sťahujú dovnútra.

Postupom nadol v skupine periodickej tabuľky sa zvyšuje energetická úroveň valenčných elektrónov. V tomto prípade sa celkový počet valenčných elektrónov nemení. Napríklad sodík aj lítium majú jeden valenčný elektrón, ale sodík existuje na vyššej energetickej úrovni. V takom prípade je celková vzdialenosť medzi stredom jadra a valenčnými elektrónmi väčšia. Zatiaľ čo sa v tomto bode tiež zvýšil počet protónov, zvýšený kladný náboj týchto protónov je kompenzované hodnotou energetickej hladiny vnútorných tieniacich elektrónov medzi jadrom a valenciou elektróny. Preto sa atómový polomer zvyšuje o skupinu nižšie.