Atomisäde
Atomilla ei ole terävää pintaa, joten atomisäde määritellään havaittavien atomien välisten etäisyyksien avulla. Eri sädemääritelmät antavat samalle alkuaineelle eri arvoja. Jaksollisen vaihtelun taustalla ovat uusien elektronikuorten täyttyminen, elektronien varjostus ja kasvava efektiivinen ydinvaraus.
Merkitys ja tärkein jaksollinen trendi
Atomilla ei ole terävää rajaa
Elektronitiheys pienenee vähitellen etäisyyden kasvaessa eikä pääty geometriseen pintaan. Siksi atomisäde on operatiivinen määritelmä: se johdetaan tietyntyyppisistä atomien välisistä etäisyyksistä.
Jaksossa valenssielektronipilvi vetäytyy sisäänpäin
Jaksossa vasemmalta oikealle protonien määrä kasvaa, mutta valenssielektronit täyttävät pääosin samaa pääkuorta. Varjostus ei kasva yhtä nopeasti kuin ydinvaraus, joten efektiivinen vetovoima voimistuu ja säde yleensä pienenee.
Ryhmää alaspäin uusi kuori yleensä hallitsee
Ryhmää alaspäin siirryttäessä käyttöön tulee uusi pääkuori. Valenssielektronit ovat keskimäärin kauempana ytimestä ja sisemmät elektronit varjostavat niitä enemmän. Tämän vuoksi säde yleensä kasvaa ydinvarauksen kasvusta huolimatta.
Missä yksinkertainen trendi muuttuu
d-lohkossa muutos on loivempi
Siirtymämetalleissa uudet elektronit menevät (n−1)d-orbitaaleihin samalla kun ulompi ns-kuori säilyy. d-elektronit varjostavat osan kasvavasta ydinvarauksesta, joten säteet muuttuvat usein vain maltillisesti siirtymäsarjan läpi.
Lantanidikontraktio vaikuttaa f-lohkon ulkopuolelle
4f-elektronit varjostavat huonosti. Lantanidisarjan edetessä efektiivinen ydinvetovoima kasvaa ja elektronipilvi supistuu. Siksi esimerkiksi Hf:n koko on yllättävän lähellä Zr:n kokoa, vaikka Hf kuuluu yhtä jaksoa alemmaksi.
Miten atomisäteet määritellään ja mitataan
Sidospituus ei ole kahden muuttumattoman pallon summa
Kovalenttinen säde on hyödyllinen sidospituuksien arvioinnissa, mutta atomilla ei ole samaa kiinteää sädettä kaikissa yhdisteissä. Sidoksen kertaluku, hybridisaatio, hapetusaste ja kemiallinen ympäristö muuttavat ytimien välistä etäisyyttä.
Sidoksen kertaluku
Kaksois- ja kolmoissidokset ovat yleensä vastaavia yksinkertaisia sidoksia lyhyempiä, koska ytimien väliin keskittyy enemmän elektronitiheyttä. Siksi yhtä sädearvoa ei voi käyttää kaikkiin sidostyyppeihin ilman tarkennusta.
Kemiallinen ympäristö
Naapuriatomit, varaus ja koordinaatio muuttavat elektronitiheyttä. Taulukoidut säteet ovat edustavia malleja eivätkä muuttumattomia geometrisia vakioita.
Samalla alkuaineella voi olla useita hyödyllisiä säteitä
Hiili on hyvä esimerkki: C–C-, C=C- ja C≡C-sidosten pituudet eroavat. Siksi kysymys «mikä on hiilen säde?» on epätäydellinen ilman määritelmää ja sidostyyppiä.
Säde yhdistää jaksollisia ominaisuuksia mutta ei yksin määrää niitä
Pieni säde liittyy usein voimakkaampaan ytimen vetoon valenssielektroneihin ja siksi suurempaan ionisaatioenergiaan tai elektronegatiivisuuteen. Yksikään näistä ominaisuuksista ei kuitenkaan määräydy pelkän säteen perusteella; myös elektronirakenne, varjostus ja alikuorien energia ovat olennaisia.
Vertailun täytyy käyttää samaa sädemääritelmää. Van der Waalsin säteen ja kovalenttisen säteen suora vertailu voi muuten synnyttää näennäisen jaksollisen poikkeaman, joka johtuu vain mittaustavasta.
Harjoitukset
Na vai Cl
Kumpi atomi on yleensä suurempi samassa jaksossa, Na vai Cl?
Ratkaisu
Na. Molempien valenssielektronit ovat pääkuorella n = 3, mutta Cl:n suurempi efektiivinen ydinvaraus vetää kuorta voimakkaammin sisäänpäin.
Li vai K
Kummalla on suurempi atomisäde, Li:llä vai K:lla?
Ratkaisu
K:lla, koska sillä on enemmän miehitettyjä pääkuoria ja valenssielektronit ovat kauempana ytimestä.
Kaksi taulukkoa
Miksi kaksi luotettavaa lähdettä voi antaa samalle alkuaineelle eri atomisäteen?
Ratkaisu
Lähteet voivat käyttää eri määritelmää, kuten kovalenttista, metallista tai van der Waalsin sädettä, sekä eri rakennetietoja.