Atoomstraal
Een atoom heeft geen harde buitenkant. ‘Atoomstraal’ is daarom geen exacte afstand van de kern tot een rand, maar een grootte die uit een meting of model wordt afgeleid. De waarde hangt af van binding en pakking, terwijl periodieke trends laten zien hoe elektronenschillen en effectieve kernaantrekking de elektronenwolk veranderen.
Betekenis en belangrijkste periodieke trend
Er is geen scherpe atoomgrens
De kwantummechanica beschrijft een elektronendichtheid die geleidelijk afneemt met de afstand. Er is geen punt waarop het atoom plots ophoudt. Covalente, metallische en van der Waals-stralen zijn daarom operationele conventies op basis van meetbare afstanden tussen kernen.
Over een periode wordt de valentiecloud naar binnen getrokken
Over een hoofdgroepperiode komen nieuwe elektronen meestal in dezelfde hoofdschil terwijl de kern telkens een proton wint. Elektronen in dezelfde schil schermen elkaar onvolledig af, zodat de effectieve kernlading toeneemt en de valentiecloud krimpt.
Omlaag in een groep wint meestal een nieuwe schil
Omlaag in een groep komt er een nieuwe hoofdschil bij. Valentie-elektronen bevinden zich verder van de kern en worden sterker afgeschermd door kernelektronen. De grotere orbitale schaal overheerst meestal, zodat de straal toeneemt.
Waar de eenvoudige trend verandert
Het d-blok verandert geleidelijker
Bij overgangsmetalen gaan toegevoegde elektronen naar (n−1)d-orbitalen terwijl de buitenste ns-schil aanwezig blijft. d-elektronen schermen de toenemende kernlading gedeeltelijk af, waardoor de straal vaak slechts bescheiden verandert door een overgangsreeks.
De lanthanidencontractie reikt voorbij het f-blok
4f-elektronen schermen slecht af. Door de lanthaniden neemt de effectieve aantrekking toe en krimpt de buitenste elektronenwolk geleidelijk. Daardoor lijkt hafnium qua grootte verrassend sterk op zirkoon ondanks de extra periode.
Hoe atoomstralen worden gedefinieerd en gemeten
Bindingslengte is niet gewoon de som van twee vaste bollen
Covalente stralen helpen veel bindingslengten te benaderen, maar atomen dragen geen onveranderlijke bollen mee. Bindingsorde, hybridisatie, oxidatietoestand en chemische omgeving kunnen de afstand tussen kernen verschuiven.
Bindingsorde
Meervoudige bindingen zijn doorgaans korter dan overeenkomstige enkelvoudige bindingen doordat meer elektronendichtheid tussen de kernen ligt.
Chemische omgeving
Bindingspartners en ladingstoestanden veranderen de elektronendichtheid; één tabelwaarde kan niet elke bindingslengte exact beschrijven.
Eén element kan meerdere bruikbare stralen hebben
Koolstof laat dit duidelijk zien: C–C, C=C en C≡C hebben verschillende afstanden. Een stralentabel is vooral betrouwbaar wanneer dezelfde definitie en vergelijkbare chemische context worden gebruikt.
Straal verbindt trends maar bepaalt ze niet alleen
Kleinere atomen hebben vaak hogere ionisatie-energieën en trekken bindingselektronen sterker aan. Toch is straal niet één onafhankelijke hoofdoorzaak. Straal, ionisatie-energie en elektronegativiteit ontstaan samen uit kernlading, afscherming, penetratie en elektronenconfiguratie.
Oefeningen
Na of Cl
Welk atoom is groter in periode 3, Na of Cl, en waarom?
Oplossing
Na is groter. Beide gebruiken n=3 voor de valentie-elektronen, maar Cl heeft meer protonen en de extra afscherming compenseert dat niet volledig. De sterkere effectieve aantrekking trekt de cloud samen.
Li of K
Welk atoom is groter, Li of K?
Oplossing
K. Omlaag in groep 1 komen bezette schillen bij en ligt het valentie-elektron verder van de kern met meer afscherming.
Twee tabellen
Waarom kunnen een covalente straal en een van der Waals-straal voor hetzelfde element sterk verschillen?
Oplossing
Ze gebruiken verschillende operationele definities: bindingsafstanden tegenover niet-covalente contacten. Vergelijk alleen waarden die volgens dezelfde conventie zijn opgebouwd.