เหตุใดวาเลนซ์อิเล็กตรอนจึงส่งผลต่อรัศมีอะตอมของธาตุ

รัศมีอะตอมของธาตุคือระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของนิวเคลียสของอะตอมกับอิเล็กตรอนนอกสุดหรือเวเลนซ์อิเล็กตรอน ค่าของรัศมีอะตอมจะเปลี่ยนแปลงไปในทางที่คาดเดาได้เมื่อคุณเคลื่อนผ่านตารางธาตุ การเปลี่ยนแปลงเหล่านี้เกิดจากปฏิสัมพันธ์ระหว่างประจุบวกของโปรตอนในนิวเคลียสและประจุลบของอิเล็กตรอนทั้งหมดของอะตอม

อิเล็กตรอนโคจรรอบนิวเคลียสของอะตอมในระดับพลังงานต่างๆ ภายในระดับพลังงานเหล่านี้ ออร์บิทัลของพวกมันอาจมีรูปทรงต่างๆ มากมาย เรียกว่าเปลือกย่อย ต่อจากนั้น แต่ละ subshell สามารถรองรับออร์บิทัลได้จำนวนหนึ่ง เมื่อคุณเพิ่มอิเล็กตรอนไปยังระดับพลังงานที่มีอยู่ ออร์บิทัลในซับเชลล์จะเติมจนเต็มจนกว่าซับเชลล์จะเก็บอิเลคตรอนสูงสุดเท่าที่เป็นไปได้ เมื่อ subshell ทั้งหมดที่ระดับพลังงานเฉพาะเต็มแล้ว จะต้องเพิ่มอิเล็กตรอนเพิ่มเติมไปยัง subshell ในระดับพลังงานที่สูงขึ้น เมื่อระดับพลังงานมีค่าเพิ่มขึ้น ระยะห่างจากนิวเคลียสของอะตอมก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน

รัศมีอะตอมของธาตุเปลี่ยนแปลงไปเป็นระยะๆ ที่คาดการณ์ได้ เมื่อคุณเลื่อนจากซ้ายไปขวาผ่านช่วงกลุ่มหลักของตารางธาตุ รัศมีอะตอมจะลดลง ในเวลาเดียวกันจำนวนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น สาเหตุของรัศมีอะตอมจากซ้ายไปขวาลดลงเนื่องจากประจุนิวเคลียร์สุทธิเพิ่มขึ้น แต่ระดับพลังงานของออร์บิทัลอิเล็กตรอนที่เป็นไปได้ไม่เพิ่มขึ้น กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อมีการเพิ่มอิเล็กตรอนใหม่ในระดับพลังงานที่มีอยู่แล้ว รัศมีจะไม่ขยายตัวอย่างเห็นได้ชัด แต่ด้วยประจุบวกที่แรงกว่าซึ่งมาจากนิวเคลียส เมฆอิเล็กตรอนจะถูกดึงเข้าด้านใน ส่งผลให้รัศมีอะตอมมีขนาดเล็กลง โลหะทรานซิชันเบี่ยงเบนเล็กน้อยจากแนวโน้มนี้

แนวโน้มเป็นระยะในรัศมีอะตอมนั้นมาจากปรากฏการณ์ที่เรียกว่าการป้องกัน การป้องกันหมายถึงวิธีการที่อิเล็กตรอนชั้นในของอะตอมป้องกันประจุบวกบางส่วนของนิวเคลียส ดังนั้นเวเลนซ์อิเล็กตรอนจึงรู้สึกได้ถึงประจุบวกสุทธิเท่านั้น สิ่งนี้เรียกว่าประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ เมื่อคุณเคลื่อนที่ผ่านคาบหนึ่ง จำนวนของเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเปลี่ยนไป แต่จำนวนอิเล็กตรอนภายในไม่เปลี่ยนแปลง ดังนั้นประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพจึงเพิ่มขึ้นทำให้เวเลนซ์อิเล็กตรอนดึงเข้าด้านใน

เมื่อคุณเลื่อนลงมาในกลุ่มตารางธาตุ ระดับพลังงานของเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะเพิ่มขึ้น ในกรณีนี้ จำนวนเวเลนซ์อิเล็กตรอนโดยรวมจะไม่เปลี่ยนแปลง ตัวอย่างเช่น ทั้งโซเดียมและลิเธียมมีวาเลนซ์อิเล็กตรอนหนึ่งตัว แต่โซเดียมมีอยู่ในระดับพลังงานที่สูงกว่า ในกรณีเช่นนี้ ระยะห่างโดยรวมระหว่างจุดศูนย์กลางของนิวเคลียสกับเวเลนซ์อิเล็กตรอนจะมากกว่า ในขณะที่จำนวนโปรตอนก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ณ จุดนี้ประจุบวกที่เพิ่มขึ้นของโปรตอนเหล่านี้คือ ชดเชยด้วยค่าพลังงานอีกระดับหนึ่งที่คุ้มกันอิเล็กตรอนภายในระหว่างนิวเคลียสและวาเลนซ์ อิเล็กตรอน ดังนั้นรัศมีอะตอมจึงเพิ่มขึ้นตามกลุ่ม