Raza atomilor

 (Diagrama unui atom de heliu, care arată densitatea de probabilitate a electronului ca nuanțe de gri.)

Raza atomică a unui element chimic este o măsură a mărimii atomilor săi, de obicei distanța medie sau tipică de la centrul nucleului până la limita norului înconjurător de electroni. Deoarece granița nu este o entitate fizică bine definită, există diferite definiții ne-echivalente ale razei atomice. Trei definiții utilizate pe scară largă a razei atomice sunt: ​​raza Van der Waals, raza ionică și raza covalentă.

În funcție de definiție, termenul se poate aplica numai atomilor izolați sau, de asemenea, atomilor din materia condensată, legați covalent în molecule sau în stări ionizate și excitate; iar valoarea sa poate fi obținută prin măsurători experimentale sau calculată din modele teoretice. Valoarea razei poate depinde de starea și contextul atomului.

Electronii nu au orbite definitive sau limite clar definite. Mai degrabă, pozițiile lor trebuie să fie descrise ca distribuții de probabilități care se reduc gradual pe măsură ce cineva se îndepărtează de nucleu, fără o întrerupere bruscă. Mai mult decât atât, în materia condensată și molecule, norii electronilor atomilor se suprapun de obicei într-o oarecare măsură și unii dintre electroni se pot deplasa peste o regiune vastă care cuprinde doi sau mai mulți atomi.

În majoritatea definițiilor, razele atomilor neutri izolați variază între 30 și 300 pm (trilionimi de metru), sau între 0,3 și 3 angstromi. Prin urmare, raza unui atom este de peste 10.000 ori mai mare decât raza nucleului său (1-10 fm) și mai mică de 1/1000 din lungimea de undă a luminii vizibile (400-700 nm).

 (Forma aproximativă a unei molecule de etanol, CH₃CH₂OH. Fiecare atom este modelat de o sferă cu raza Van der Waals a elementului.)

În multe scopuri, atomii pot fi modelați ca sfere. Aceasta este doar o aproximare bruta, dar poate oferi explicatii cantitative si predicții pentru multe fenomene, cum ar fi densitatea lichidelor si solidelor, difuzia fluidelor prin site moleculare, aranjarea atomilor si a ionilor in cristale, dimensiunea și forma moleculelor.

Razele atomice variază într-o manieră previzibilă și explicabilă în tabelul periodic. De exemplu, razele scad, în general, de-a lungul fiecărei perioade (rând) al tabelului, de la metalele alcaline la gazele nobile; și cresc în jos la fiecare grup (coloană). Raza crește brusc între gazul nobil la sfârșitul fiecărei perioade și metalul alcalin la începutul perioadei următoare. Aceste tendințe ale razelor atomice (și ale diferitelor alte proprietăți chimice și fizice ale elementelor) pot fi explicate prin teoria învelișurilor electronice ale atomului; au oferit dovezi importante pentru dezvoltarea și confirmarea teoriei cuantice. Razele atomice scad în tabelul periodic deoarece, în timp ce numărul atomic crește, numărul de protoni crește pe parcursul perioadei, dar electronii suplimentari sunt adăugați numai la același înveliș cuantic. Prin urmare, încărcarea nucleară eficientă față de electronii ultraperiferici crește, apropiindu-i pe cei mai îndepărtați electroni. Ca rezultat, norii de electroni se contractă și razele atomice scad.

Definiții

Definițiile utilizate pe scară largă a razei atomice includ:

• Raza Van der Waals: în principiu, jumătate din distanța minimă dintre nucleele a doi atomi ai elementului care nu sunt legați la aceeași moleculă.
• Raza ionică: raza nominală a ionilor unui element într-o stare de ionizare specifică, dedusă din spațierea nucleelor ​​atomice în sărurile cristaline care includ acest ion. În principiu, distanța dintre doi ioni încărcați opuși (lungimea legăturii ionice dintre ele) ar trebui să fie egală cu suma razei lor ionice.
• Raza covalentă: raza nominală a atomilor unui element când se leagă covalent la alți atomi, așa cum se deduce din separarea dintre nucleele atomice din molecule. În principiu, distanța dintre doi atomi legați unul de celălalt într-o moleculă (lungimea acelei legături covalente) ar trebui să fie egală cu suma razelor lor covalente.
• Raza metalică: raza nominală a atomilor unui element când este legată de alți atomi prin legături metalice.
• Raza Bohr: raza orbitei electronice cu cea mai mică energie, prezisă de modelul lui Bohr al atomului (1913). Este aplicabilă numai atomilor și ionilor cu un singur electron, cum ar fi hidrogenul, heliul unic ionizat și pozitroniu. Deși modelul însuși este acum învechit, raza lui Bohr pentru atomul de hidrogen este încă considerată o constantă fizică importantă.

Raze atomice măsurată empiric

Tabelul următor prezintă raze covalente măsurate empiric pentru elemente, publicat de J.C. Slater în 1964. Valorile sunt în picometri (pm sau 1×10^-12 m), cu o precizie de aproximativ 5 pm. Nuanța casetei variază de la roșu la galben, pe măsură ce crește raza; gri indică lipsa de date.

Raze atomice calculate

Tabelul următor prezintă razele atomice calculate din modele teoretice, publicate de Enrico Clementi și alții în 1967. Valorile sunt în picometri (pm).