Atomradie

En atom har ingen hård yttre gräns. ‘Atomradie’ är därför inte ett exakt avstånd från kärnan till en kant utan en storlek som bestäms från en mätning eller modell. Värdet beror på bindning och packning, medan periodiska trender visar hur elektronskal och effektiv kärnattraktion formar elektronmolnet.

Radien beror på den operationella definitionen. Kovalenta, metalliska och van der Waals-radier hämtas från olika typer av interatomära avstånd och bör inte blandas utan sammanhang.

Betydelse och den viktigaste periodiska trenden

Det finns ingen skarp atomgräns

Kvantmekaniken beskriver en elektrondensitet som avtar gradvis med avståndet. Det finns ingen radie där atomen plötsligt tar slut. Kovalenta, metalliska och van der Waals-radier är därför operationella konventioner som bygger på mätbara avstånd mellan kärnor.

Över en period dras valensmolnet inåt

Över en huvudgruppsperiod fylls elektroner normalt på i samma huvudskal samtidigt som kärnan får en proton i taget. Elektroner i samma skal skärmar varandra ofullständigt, så den effektiva kärnladdningen ökar och valensmolnet dras samman.

Nedåt i en grupp vinner oftast ett nytt skal

Nedåt i en grupp tillkommer ett nytt huvudskal. Valenselektronerna ligger längre från kärnan och skärmas av fler inre elektroner. Den större orbitalskalan dominerar oftast, så radien ökar.

Den breda trenden går mot större radier nedåt och åt vänster. Över en period drar ökande effektiv kärnladdning samman samma skal; nedåt i en grupp dominerar oftast ett nytt ockuperat skal.

Där den enkla trenden förändras

d-blocket förändras mer gradvis

I övergångsmetaller går nya elektroner in i (n−1)d-orbitaler medan det yttre ns-skalet finns kvar. d-elektroner skärmar en del av den ökande kärnladdningen, så radien minskar ofta bara måttligt genom en serie.

Lantanidkontraktionen når bortom f-blocket

4f-elektroner skärmar dåligt. Genom lantaniderna ökar den effektiva attraktionen och det yttre elektronmolnet krymper gradvis. Därför har hafnium förvånansvärt liknande storlek som zirkonium trots en extra period.

Hur atomradier definieras och mäts

Bindningslängd är inte bara summan av två fasta kulor

Kovalenta radier kan användas för att uppskatta många bindningslängder, men atomer är inte oföränderliga kulor. Bindningsordning, hybridisering, oxidationstal och kemisk miljö kan ändra avståndet mellan kärnorna.

Bindningsordning

Multipla bindningar är vanligen kortare än motsvarande enkelbindningar eftersom mer elektrondensitet koncentreras mellan kärnorna.

Kemisk miljö

Bindningspartner och laddningstillstånd ändrar elektrondensiteten, så ett enda tabellvärde kan inte återge varje bindningslängd exakt.

Ett grundämne kan ha flera användbara radier

Kol visar detta tydligt: C–C, C=C och C≡C har olika avstånd. En radietabell är mest användbar när samma definition och jämförbara kemiska miljöer används.

Radien kopplar ihop flera trender utan att ensam styra dem

Mindre atomer har ofta högre jonisationsenergi och starkare attraktion till bindningselektroner. Men radien är inte en ensam huvudorsak. Radie, jonisationsenergi och elektronegativitet uppstår tillsammans ur kärnladdning, skärmning, penetration och elektronkonfiguration.

Övningar

Na eller Cl

Vilken atom är störst i period 3, Na eller Cl, och varför?

Lösning

Na är större. Båda har valenselektroner i n=3, men Cl har fler protoner och den extra skärmningen kompenserar inte fullt ut. Den effektiva attraktionen är starkare och molnet dras samman.

Li eller K

Vilken atom är störst, Li eller K?

Lösning

K. Nedåt i grupp 1 tillkommer ockuperade skal, så valenselektronen ligger längre från kärnan och är mer skärmad.

Två tabeller

Varför kan en kovalent radie och en van der Waals-radie för samma grundämne skilja sig mycket?

Lösning

De bygger på olika operationella definitioner: bindningsavstånd respektive icke-kovalenta kontakter. Jämför värden som använder samma konvention.