Atomradien und effektive Kernladung

Die Größe eines Atoms wird von den Elektronen und ihrer Orbitale bestimmt. Orbitale beschreiben jedoch keinen begrenzten Raum, sondern vielmehr die statistische Wahrscheinlichkeit, wo ein Elektron gefunden werden kann. Wie ist also die atomare Größe definiert, und was beeinflusst sie?

Ein Atomradius kann auf zwei Arten beschrieben werden. Nichtbindender Atomradius oder van-der-Waals-Radius eines Atoms, ist die Hälfte des Abstands zwischen benachbarten Kernen im atomaren Festkörper. Umgekehrt, ein bindender Atomradius oder kovalenter Radius, unterscheidet zwischen Metallen und Nichtmetallen.

Bei Metallen wird der Radius für Atome in ihrer Kristallstruktur als die Hälfte des Abstands zwischen den Mittelpunkten von zwei benachbarte Atome beschrieben. Bei nichtmetallischen, zweiatomigen Molekülen, wird der Radius als die Hälfte des Abstands zwischen den Zentren von verbundenen Atomen beschrieben. Das Periodensystem stellt Variationen im kovalenten Radii dar, die oft als Atomradien bezeichnet werden, die von zwei Faktoren beeinflusst sind;die Anzahl der Hauptenergiezustände der Valenzelektronen und der effektiven Kernladung.

Die Entwicklung der Atomradien für die Elemente der Hauptgruppe abwärts der Spalten ist hier dargestellt. Nach unten in einer Gruppe, erhöht sich der Hauptquantenzahl n für jedes Element um eins. Somit gilt, dass je weiter die äußeren Elektronen vom Kern entfernt sind, nimmt der Atomradius in der Gruppe nach unten zu.

Zum Beispiel, entlang die Gruppe 1, steigt der Atomradius von Lithium zu Cäsium. Dieser Trend lässt sich am gesamten Periodensystem ablesen. Weiterhin zeigt die Darstellung, dass der Atomradius das Maximum für jedes Alkalimetall erreicht und fällt zum Minimum mit jedem Edelgas über der gesamten Periode.

Die abnehmenden Atomradien über eine Periode lassen sich durch die effektive Kernladung erklären. Erinnern Sie sich an das Konzept einer wirksamen Kernladung. In jedem Mehrfach-Elektronen-Atom schirmen die inneren Schalenelektronen die Elektronen der äußeren Schale von den Anziehungskräften des Zellkerns teilweise ab.

Also, bei der effektiven Kernladung, ist die von einem Außenelektron gefühlte Ladung geringer als die tatsächliche Kernladung. Elektronen in der gleichen Valenzhülle schirmen sich gegenseitig nicht sehr effektiv ab. In einer gesamten Periode steigt die nukleare Ladung, während die Anzahl der Elektronen der inneren Schale gleich bleiben.

Somit, nimmt die effektive Kernladung stetig zu, und die Abschirmung der Außenelektronen wird geringer, und dies führt zu einer Verringerung der Atomradien. Die Radien der meisten Übergangselemente, bleiben jedoch in jeder Reihe in etwa konstant. Das liegt daran, dass die Anzahl der Elektronen in den äußersten Hauptenergiezustandes nahezu konstant ist.