Zakaj valentni elektroni vplivajo na atomski polmer elementa?

Atomski polmer elementa je razdalja med središčem jedra atoma in njegovimi najbolj oddaljenimi ali valenčnimi elektroni. Vrednost atomskega polmera se spreminja na predvidljiv način, ko se premikate po periodnem sistemu. Te spremembe so posledica interakcije med pozitivnim nabojem protonov v jedru in negativnim nabojem vseh elektronov atoma.

Elektroni krožijo okoli jedra atoma na različnih nivojih energije. Znotraj teh energijskih ravni imajo njihove orbitale številne različne oblike, imenovane podlupine. Nato lahko vsaka podlupina sprejme določeno število orbital. Ko dodate elektrone na obstoječo raven energije, se bodo orbitale v podlupini zapolnile, dokler pod lupina ne zadrži največje možne elektrone. Ko se napolnijo vse podlupine na določeni energijski ravni, je treba nadaljnji elektroni dodati v podlupino na višji energijski ravni. Ko se vrednosti energije povečujejo, se povečuje tudi njihova oddaljenost od jedra atoma.

Atomski polmer elementov se spreminja na predvidljiv, periodičen način. Ko se premikate od leve proti desni skozi obdobje glavne skupine periodnega sistema, se atomski polmer zmanjšuje. Hkrati se poveča število valentnih elektronov. Razlog za zmanjšanje atomskega polmera od leve proti desni je v tem, da se neto jedrski naboj poveča, raven energije možnih elektronskih orbital pa ne. Z drugimi besedami, ko se doda nov elektron v že zasedeni energijski ravni, se polmer ne bo znatno razširil. Namesto tega z močnejšim pozitivnim nabojem, ki prihaja iz jedra, elektronski oblak povlečemo navznoter, kar ima za posledico manjši atomski polmer. Prehodne kovine nekoliko odstopajo od tega trenda.

Periodični trend v atomskih polmerih je mogoče pripisati pojavu, znanemu kot zaščita. Zaščita se nanaša na način, kako notranji elektroni atoma zaščitijo nekaj pozitivnega naboja jedra. Zato valenčni elektroni čutijo le neto pozitivni naboj. Temu pravimo efektivni jedrski naboj. Ko se premikate skozi obdobje, se število valentnih elektronov spreminja, število notranjih elektronov pa ne. Zato se efektivni jedrski naboj poveča, zaradi česar se valentni elektroni potegnejo navznoter.

Ko se pomikate po skupini periodnega sistema, se raven energije valenčnih elektronov poveča. V tem primeru se skupno število valenčnih elektronov ne spremeni. Tako natrij kot litij imata na primer en valenčni elektron, vendar natrij obstaja na višji energijski ravni. V takem primeru je celotna razdalja med središčem jedra in valenčnimi elektroni večja. Čeprav se je na tej točki povečalo tudi število protonov, je povečan pozitivni naboj teh protonov nadomeščen z vrednostjo notranjega zaščitnega elektrona druge ravni energije med jedrom in valenco elektroni. Zato se atomski polmer poveča navzdol za skupino.