Atoomstralen en effectieve nucleaire lading

De grootte van een atoom wordt bepaald door de elektronen of hun orbitalen. Orbitalen beschrijven echter geen besloten ruimte, maar eerder de statistische waarschijnlijkheid waar een elektron kan worden gevonden. Dus hoe wordt de atomaire grootte gedefinieerd en wat beïnvloedt deze?

Een atoomstraal kan op twee manieren worden beschreven. Niet-bindende atoomstraal, of Vanderwaalsstraal van een atoom, is de helft van de afstand tussen aangrenzende kernen in de atomaire vaste stof. Omgekeerd maakt een bindende atoomstraal of covalente straal onderscheid tussen metalen en niet-metalen.

Bij metalen wordt de straal beschreven voor atomen in hun kristalstructuur als de helft van de afstand tussen de centra van twee naburige atomen. In niet-metalen, diatomische moleculen, wordt de straal beschreven als de helft van de afstand tussen de centra van gebonden atomen. Het periodiek systeem geeft variaties in covalente stralen weer die vaak atoomstralen worden genoemd, die worden beïnvloed door twee factoren;het aantal belangrijkste energieniveaus van valentie-elektronen en de effectieve nucleaire lading.

De trend in atoomstralen voor hoofdgroepelementen langs de kolommen wordt hier weergegeven. Als je een groep naar beneden verplaatst, neemt het belangrijkste kwantumgetal, n, toe met één voor elk element. Dus naarmate de buitenste elektronen verder van de kern komen, neemt de atoomstraal toe naar beneden in de groep.

Als bijvoorbeeld in groep 1 naar beneden verplaatst wordt, neemt de atoomstraal toe van lithium naar cesium. Deze trend wordt aangetoond door het hele periodiek systeem. Verder laat de plot zien dat de atoomstraal maximaal is voor elk alkalimetaal en tot een minimum daalt bij elk edelgas over de periode.

De afnemende atoomstralen over een periode kunnen worden verklaard door de effectieve nucleaire lading. Denk aan het concept van een effectieve nucleaire lading. In elk multi-elektronenatoom beschermen de elektronen in de binnenste schil gedeeltelijk de elektronen in de buitenste schil tegen de aantrekkingskracht van de kern.

De effectieve nucleaire lading, de lading die door een buitenste elektron wordt gevoeld, is dus kleiner dan de feitelijke nucleaire lading. Elektronen in dezelfde valentieschil beschermen elkaar niet erg effectief. Over de periode neemt de nucleaire lading toe terwijl het aantal elektronen in de binnenschil constant blijft.

Dus naarmate de effectieve nucleaire lading gestaag toeneemt, wordt de afscherming van buitenste elektronen minder, en dit leidt tot een afname van de atoomstralen. De stralen van de meeste overgangselementen blijven echter ongeveer constant over elke rij. Dit komt doordat het aantal elektronen in het buitenste hoofdenergieniveau bijna constant is.