Radi atòmic
Un àtom no té una superfície exterior rígida. Per això el «radi atòmic» no és una distància exacta del nucli fins a una vora: és una mida definida a partir d’una mesura o d’un model. El valor depèn de com estan enllaçats o empaquetats els àtoms, però les tendències periòdiques mostren com les capes electròniques i l’atracció nuclear efectiva deformen el núvol electrònic.
Significat i tendència periòdica principal
No hi ha una frontera atòmica nítida
La mecànica quàntica descriu una densitat de probabilitat electrònica que disminueix gradualment amb la distància. No hi ha cap punt on l’àtom s’acabi de sobte. Els radis covalents, metàl·lics i de van der Waals són, per tant, convencions operatives basades en distàncies internuclears mesurables.
Al llarg d’un període, el núvol de valència es contrau
En un període principal, els electrons nous entren normalment a la mateixa capa mentre el nucli guanya protons. L’apantallament entre electrons de la mateixa capa és incomplet, de manera que augmenta la càrrega nuclear efectiva i el núvol de valència es contrau.
Baixant per un grup, una capa nova sol dominar
Baixant per un grup s’afegeix una nova capa principal. Els electrons de valència queden més lluny del nucli i més apantallats pels electrons interns. Aquest augment d’escala orbital sol superar l’augment de càrrega nuclear, i el radi creix.
On canvia la tendència simple
El bloc d canvia més gradualment
Als metalls de transició els electrons afegits entren en orbitals (n−1)d mentre la capa ns externa continua ocupada. Els electrons d apantallen parcialment l’augment de càrrega nuclear i els radis solen disminuir només de manera moderada al llarg d’una sèrie.
La contracció dels lantànids arriba més enllà del bloc f
Els electrons 4f apantallen malament. Al llarg dels lantànids creix l’atracció nuclear efectiva i la mida es contrau progressivament. Per això l’hafni té una mida sorprenentment semblant a la del zirconi malgrat trobar-se un període més avall.
Com es defineixen i es mesuren els radis atòmics
La longitud d’enllaç no és només la suma de dues esferes fixes
Els radis covalents permeten aproximar moltes longituds d’enllaç sumant contribucions atòmiques, però aquestes contribucions no són constants immutables. L’ordre d’enllaç, l’estat d’oxidació, la hibridació i l’entorn químic poden modificar la distància entre nuclis.
Ordre d’enllaç
Els enllaços múltiples solen ser més curts que els enllaços simples comparables perquè hi ha més densitat electrònica entre els nuclis.
Entorn químic
Els socis d’enllaç i els estats de càrrega modifiquen la densitat electrònica; un únic radi tabulat no pot reproduir totes les longituds d’enllaç.
Un mateix element pot tenir diversos radis útils
El carboni n’és un bon exemple: les distàncies C–C, C=C i C≡C no són iguals. Una taula de radis és útil si es manté la mateixa definició i un context comparable; barrejar radis covalents, metàl·lics i de van der Waals pot produir conclusions falses.
El radi connecta diverses tendències sense determinar-les tot sol
Els àtoms més petits sovint tenen energies d’ionització més altes i atrauen amb més força els electrons d’enllaç. Però el radi no és una causa independent que controli totes aquestes propietats. Radi, energia d’ionització i electronegativitat responen conjuntament a la càrrega nuclear, l’apantallament, la penetració i la configuració electrònica.
Exercicis
Na o Cl
Quin és més gran dins del període 3, Na o Cl, i per què?
Solució
Na és més gran. Tots dos tenen electrons de valència a n=3, però Cl té més protons i un augment d’apantallament insuficient per compensar-los; l’atracció efectiva és més forta i el núvol es contrau.
Li o K
Quin àtom és més gran, Li o K?
Solució
K. En baixar pel grup 1 s’afegeixen capes ocupades i l’electró de valència queda més lluny i més apantallat.
Dues taules
Una taula dona un radi covalent i una altra un radi de van der Waals. Per què poden diferir molt sense que cap sigui errònia?
Solució
Perquè representen definicions operatives diferents: una usa distàncies d’enllaç i l’altra contactes no covalents. Cal comparar valors construïts amb la mateixa convenció.