Atomradius
Et atom har ingen hard overflate, så «atomradius» må defineres ut fra målbare avstander mellom atomer. Kovalent radius, metallradius og van der Waals-radius er derfor beslektede, men ikke identiske størrelser. Den brede periodiske trenden følger konkurransen mellom nye elektronskall, skjerming og økende effektiv kjerneladning.
Betydning og den viktigste periodiske trenden
Det finnes ingen skarp atomgrense
Elektrontettheten avtar gradvis med avstanden fra kjernen og stopper ikke ved en geometrisk overflate. En radius er derfor en operasjonell definisjon: den utledes fra bestemte typer interatomære avstander.
Over en periode trekkes valensskyen innover
Fra venstre mot høyre i en periode øker protontallet, mens valenselektronene hovedsakelig fyller det samme hovedskallet. Skjermingen øker ikke like mye som kjerneladningen, så den effektive tiltrekningen øker og radiusen avtar vanligvis.
Nedover en gruppe vinner vanligvis et nytt skall
Når vi går nedover i en gruppe, tas et nytt hovedskall i bruk. Valenselektronene befinner seg lenger fra kjernen og skjermes av flere indre elektroner. Dette gjør at radiusen vanligvis øker selv om kjerneladningen også øker.
Der den enkle trenden blir mer nyansert
d-blokken endrer seg mer gradvis
I overgangsmetallene går nye elektroner inn i (n−1)d-orbitaler mens det ytre ns-skallet fortsatt er til stede. d-elektronene skjermer noe av den økende kjerneladningen, og radiiene varierer derfor mindre dramatisk enn i mange hovedgruppeperioder.
Lantanidekontraksjonen merkes etter f-blokken
4f-elektroner skjermer relativt dårlig. Gjennom lantanidrekken øker dermed den effektive kjernetiltrekningen og elektronskyen trekker seg gradvis sammen. Dette forklarer blant annet hvorfor Hf og Zr er overraskende like i størrelse og kjemi.
Hvordan atomradier defineres og måles
Bindingslengde er ikke summen av to uforanderlige kuler
Kovalente radier kan brukes til å anslå mange bindingslengder, men et atom bærer ikke én fast radius fra forbindelse til forbindelse. Bindingsorden, hybridisering, oksidasjonstilstand og naboomgivelse kan endre den målte internukleære avstanden.
Bindingsorden
En dobbelt- eller trippelbinding er vanligvis kortere enn en tilsvarende enkeltbinding fordi mer elektrontetthet samles mellom kjernene. Derfor kan radiusverdier som er nyttige for enkeltbindinger ikke brukes ukritisk for alle bindingstyper.
Kjemisk miljø
Ulike binding-partnere, ladningstilstander og koordinasjonsmiljøer endrer elektrontettheten. Tabellverdier er representative modeller, ikke universelle geometriske konstanter.
Ett grunnstoff kan ha flere nyttige radier
Karbon illustrerer poenget godt: C–C, C=C og C≡C har forskjellige bindingslengder. Det er derfor mer presist å spørre hvilken radiusdefinisjon og hvilket kjemisk miljø som brukes enn å spørre etter «den sanne radiusen».
Radius knytter sammen flere periodiske trender uten å bestemme dem alene
Mindre radius betyr ofte sterkere kjernetiltrekning på valenselektronene og kan derfor henge sammen med høyere ioniseringsenergi og større elektronegativitet. Men ingen av disse størrelsene bestemmes av radius alene; elektronstruktur, skjerming og subshell-energi må tas med.
Det er særlig viktig å sammenligne like typer radius. En van der Waals-radius for ett atom og en kovalent radius for et annet kan ikke brukes som om de var målt etter samme fysiske definisjon.
Øvelser
Na eller Cl
Hvilket atom er vanligvis størst, Na eller Cl, når de sammenlignes i samme periode?
Løsning
Na. Begge har valenselektroner i n = 3, men Cl har større effektiv kjerneladning og trekker skallet sterkere sammen.
Li eller K
Hvilket atom har størst radius, Li eller K?
Løsning
K, fordi det har flere besatte hovedskall og valenselektronene ligger lenger fra kjernen.
To tabeller
Hvorfor kan to seriøse tabeller oppgi forskjellige atomradier for samme grunnstoff?
Løsning
De kan bruke ulike definisjoner, for eksempel kovalent, metallisk eller van der Waals-radius, og ulike strukturelle datasett.