Varför påverkar valenselektroner atomens radie av ett element?

Atomerradien för ett element är avståndet mellan en atoms kärnas centrum och dess yttersta eller valenselektroner. Värdet på atomradien ändras på förutsägbara sätt när du rör dig över det periodiska systemet. Dessa förändringar orsakas av växelverkan mellan den positiva laddningen av protonerna i kärnan och den negativa laddningen för alla atomens elektroner.

Elektroner kretsar kring en atoms kärna vid olika energinivåer. Inom dessa energinivåer kan deras orbitaler ta ett antal olika former, så kallade subshells. Därefter kan varje subshell rymma ett specifikt antal orbitaler. När du lägger till elektroner till en befintlig energinivå fylls orbitalerna i en subshell tills subshell rymmer maximal möjlig elektron. När alla subskal på en specifik energinivå har fyllts måste ytterligare elektroner läggas till en subshell på en högre energinivå. När energinivåerna ökar i värde ökar deras avstånd från atomens kärna.

Elementens atomradier förändras på ett förutsägbart, periodiskt sätt. När du flyttar från vänster till höger över en huvudgruppsperiod i det periodiska systemet minskar atomradierna. Samtidigt ökar antalet valenselektroner. Anledningen till atomerradien minskar från vänster till höger är att nettokärnladdningen ökar men energinivån för de möjliga elektronorbitalerna inte. Med andra ord, när en ny elektron läggs till på en redan upptagen energinivå expanderar inte radien särskilt. I stället, med en starkare positiv laddning som kommer från kärnan, dras elektronmolnet inåt, vilket resulterar i en mindre atomradie. Övergångsmetallerna avviker något från denna trend.

Den periodiska trenden i atomradier beror på ett fenomen som kallas avskärmning. Skärmning avser det sätt på vilket en inre elektroner i en atom skyddar en del av kärnans positiva laddning. Därför känner valenselektronerna bara en nettoladdning. Detta kallas den effektiva kärnkraftsladdningen. När du rör dig över en period ändras antalet valenselektroner, men antalet inre elektroner ändras inte. Därför ökar den effektiva kärnladdningen, vilket får valenselektronerna att dra inåt.

När du rör dig nedför en grupp i det periodiska systemet ökar valenselektronernas energinivå. I det här fallet ändras inte det totala antalet valenselektroner. Till exempel har både natrium och litium en valenselektron, men natrium finns på en högre energinivå. I ett sådant fall är det totala avståndet mellan kärnans centrum och valenselektronerna större. Även om antalet protoner också har ökat vid denna tidpunkt är den ökade positiva laddningen av dessa protoner uppvägs av en annan energinivå av inre avskärmningselektroner mellan kärnan och valensen elektroner. Därför ökar atomradien ner en grupp.