Atomradius
Et atom har ingen hård ydre overflade. ‘Atomradius’ er derfor ikke én nøjagtig afstand fra kernen til en kant, men en størrelse bestemt ud fra en måling eller model. Værdien afhænger af binding og pakning, mens de periodiske trends viser, hvordan elektronskaller og effektiv kernetiltrækning former elektronskyen.
Betydning og den vigtigste periodiske trend
Der findes ingen skarp atomgrænse
Kvantemekanikken beskriver en elektrontæthed, der aftager gradvist med afstanden. Der findes ikke en radius, hvor atomet pludselig slutter. Kovalente, metalliske og van der Waals-radier er derfor operationelle konventioner baseret på målbare afstande mellem kerner.
Hen over en periode trækkes valensskyen indad
Hen over en hovedgruppeperiode tilføjes elektroner normalt til samme hovedskal, mens kernen får en proton ad gangen. Elektroner i samme skal afskærmer hinanden ufuldstændigt, så den effektive kerneladning stiger og valensskyen trækker sig sammen.
Ned gennem en gruppe vinder en ny skal oftest
Ned gennem en gruppe tilføjes en ny hovedskal. Valenselektronerne ligger længere fra kernen og afskærmes af flere kerneelektroner. Den større orbitalskala dominerer oftest, så radius vokser.
Hvor den enkle trend ændrer sig
d-blokken ændrer sig mere gradvist
I overgangsmetaller går nye elektroner ind i (n−1)d-orbitaler, mens den ydre ns-skal stadig er til stede. d-elektroner afskærmer noget af den voksende kerneladning, og radierne falder ofte kun moderat gennem en serie.
Lanthanidkontraktionen rækker ud over f-blokken
4f-elektroner afskærmer dårligt. Gennem lanthaniderne stiger den effektive tiltrækning, så den ydre elektronsky gradvist kontraherer. Det er en vigtig grund til, at hafnium har næsten samme størrelse som zirconium trods en ekstra periode.
Hvordan atomradier defineres og måles
Bindingslængde er ikke blot summen af to faste kugler
Kovalente radier kan bruges til at anslå mange bindingslængder, men atomer bærer ikke uforanderlige kugler med sig. Bindingsorden, hybridisering, oxidationstrin og kemisk miljø kan ændre afstanden mellem kernerne.
Bindingsorden
Multiple bindinger er normalt kortere end tilsvarende enkeltbindinger, fordi mere elektrontæthed koncentreres mellem kernerne.
Kemisk miljø
Bindingspartnere og ladningstilstande ændrer elektrontætheden, så én tabelværdi ikke kan gengive alle bindingslængder nøjagtigt.
Ét grundstof kan have flere nyttige radier
Kulstof viser det tydeligt: C–C, C=C og C≡C har forskellige afstande. En radiustabel er mest meningsfuld, når samme definition og sammenlignelige kemiske miljøer anvendes.
Radius forbinder flere trends uden at bestemme dem alene
Mindre atomer har ofte højere ionisationsenergi og stærkere tiltrækning af bindingselektroner. Men radius er ikke en selvstændig hovedårsag. Radius, ionisationsenergi og elektronegativitet udspringer sammen af kerneladning, afskærmning, penetration og elektronkonfiguration.
Øvelser
Na eller Cl
Hvilket atom er størst i periode 3, Na eller Cl, og hvorfor?
Løsning
Na er størst. Begge har valenselektroner i n=3, men Cl har flere protoner, og den ekstra afskærmning kompenserer ikke fuldt ud. Den effektive tiltrækning er stærkere og trækker skyen sammen.
Li eller K
Hvilket atom er størst, Li eller K?
Løsning
K. Ned gennem gruppe 1 kommer flere besatte skaller til, så valenselektronen ligger længere fra kernen og er mere afskærmet.
To tabeller
Hvorfor kan en kovalent radius og en van der Waals-radius for samme element være meget forskellige?
Løsning
De bygger på forskellige operationelle definitioner: bindingsafstande kontra ikke-kovalente kontakter. Sammenlign værdier inden for samme konvention.