Promień atomowy
Atom nie ma ostrej zewnętrznej powierzchni, więc promień atomowy nie jest jedną dokładną odległością od jądra do „krawędzi”. Jest wielkością wyznaczaną z pomiaru lub modelu, a jej wartość zależy od sposobu związania i upakowania atomów.
Kilka poprawnych definicji
Promień kowalencyjny wyprowadza się z odległości między jądrami atomów połączonych wiązaniem; metaliczny z odległości sąsiadów w sieci metalu, a van der Waalsa z kontaktów niekowalencyjnych.
Dlatego dwie tabele mogą podawać inne liczby dla tego samego pierwiastka bez sprzeczności. Najpierw trzeba sprawdzić definicję i porównywać wartości wyznaczone tą samą metodą.
Trend w poprzek okresu
Idąc w prawo przez okres, rośnie Z, natomiast elektrony walencyjne pozostają głównie w tej samej powłoce. Ekranowanie tej samej powłoki jest niepełne, więc Z_eff rośnie i chmura walencyjna się kurczy.
Ogólny trend prowadzi więc do mniejszych promieni po prawej stronie okresu. W bloku d zmiana jest łagodniejsza, bo dodawane elektrony d częściowo ekranują rosnący ładunek jądra.
Porównaj dwa promienie
Trend w dół grupy
Przejście do kolejnego okresu dodaje nową zajętą powłokę. Elektron walencyjny znajduje się średnio dalej od jądra i jest ekranowany przez dodatkowe elektrony wewnętrzne.
Dlatego Li < Na < K pod względem rozmiaru mimo wzrostu liczby protonów. Nowa powłoka i większa odległość przeważają nad samym wzrostem Z.
Środowisko chemiczne zmienia rozmiar
Długość wiązania i efektywny rozmiar zależą od rzędu wiązania, koordynacji, stanu utlenienia i lokalnej struktury. Atom w wiązaniu pojedynczym nie musi mieć tej samej wartości jak w wiązaniu wielokrotnym.
Promień jest więc użytecznym parametrem porównawczym, a nie twardą kulą przenoszoną bez zmian z jednego związku do drugiego.
Gdzie prosty trend wymaga poprawki
Elektrony 4f słabo ekranują, dlatego w lantanowcach efektywne przyciąganie rośnie i obserwuje się kontrakcję lantanowców. Wpływa ona także na rozmiary kolejnych pierwiastków 5d.
Hafn jest dzięki temu zaskakująco podobny rozmiarem do cyrkonu. Pokazuje to, że przy przewidywaniu promienia trzeba łączyć powłoki, ekranowanie i typ obsadzanych orbitali.
Dlaczego jedna strzałka okresowa nie wystarcza
W prostych zadaniach użyteczna jest reguła „większy w dół i w lewo”, ale blok d zmienia się łagodniej, a kontrakcja lantanowców wpływa na pierwiastki 5d. Warto więc najpierw ustalić, które powłoki i podpowłoki są właśnie zapełniane.
Równie ważna jest zgodność danych. Porównanie promienia kowalencyjnego jednego atomu z promieniem van der Waalsa drugiego może stworzyć fałszywy wniosek, nawet jeśli obie liczby są poprawne.
Przykłady rozwiązane
1. Dwie różne tabele
Rozwiązanie
Promień van der Waalsa i kowalencyjny nie powinny być bezpośrednio traktowane jako sprzeczne pomiary.
2. Li i K
Rozwiązanie
K ma nową powłokę walencyjną, dlatego jest większy mimo większego Z.
3. Zr i Hf
Rozwiązanie
Ich podobieństwo rozmiaru wiąże się z kontrakcją lantanowców.