Atomik Yarıçaplar ve Etkili Nükleer Yük

Periyodik tablonun gruplarındaki elementler benzer kimyasal davranış sergilerler. Bu benzerlik, bir grubun üyelerinin değerlik kabuklarında aynı sayıda ve aynı dağılımına sahip elektronlarının olması nedeniyle oluşur.

Periyotta soldan sağa gidildikçe, çekirdeğe bir proton ve her ardışık elementle valans kabuğuna bir elektron eklenir. Elementlerin elektronik yapısının anlaşılması, kimyasal davranışlarını yönlendiren bazı özellikleri incelememize izin verir. Bu özellikler, elementlerin elektronik yapısı değiştikçe periyodik olarak değişir. 

Atomik Yarıçapta Varyasyon

Kuantum mekaniksel çerçevede, bir atomun belirli bir boyutunu belirlemeyi zorlaştırır. Bununla birlikte, atomların yarıçapını tanımlamanın ve böylece kabaca benzer değerler veren göreceli boyutlarını belirlemenin birkaç pratik yolu vardır.

Metallerdeki atom yarıçapı, iki komşu atomun merkezleri arasındaki mesafenin yarısıdır. Bu, diatomik moleküller olarak var olan elementler için bağlı atomların merkezleri arasındaki mesafenin yarısıdır.

Periyotta soldan sağa hareket edildikçe, genellikle, her bir elementin kendisinden önceki elementten daha küçük bir atom yarıçapı olduğu görülür. Bu mantıksız görünebilir çünkü daha fazla elektrona sahip atomların daha küçük bir atom yarıçapına sahip olduğunu ima eder. Bu, etkili bir nükleer yük kavramına dayanarak açıklanabilir. Herhangi çok elektronlu atomda, iç kabuk elektronları kısmen dış kabuk elektronlarını çekirdeğe çekilmesinden korur.  Bu nedenle, etkili nükleer yük, bir elektron tarafından hissedilen yük, gerçek nükleer yükten (Z) daha azdır ve aşağıdaki gibi hesaplanır:

Z_eff = Z – σ              

burada, Z_eff efektif nükleer yük, Z gerçek nükleer yük ve σ ekranlama sabitidir, burada ekranlama sabiti sıfırdan büyük ancak Z’den küçüktür.

Bir periyot boyunca bir elementten diğerine her geçtiğimizde, Z bir artar, ancak ekranlama sadece biraz artar. Böylece, Z_eff bir periyot boyunca soldan sağa doğru hareket ettikçe artar. Periyodik tablonun sağ tarafındaki elektronların yaşadığı daha güçlü çekme (daha yüksek etkili nükleer yük), onları çekirdeğe yaklaştırır ve atom yarıçaplarını daha küçük hale getirir.

Çekirdek elektronlar, en dıştaki ana seviyedeki elektronları nükleer yükten etkili bir şekilde korur, ancak en dıştaki elektronlar birbirlerini nükleer yükten etkili bir şekilde korumazlar. Etkili nükleer yük ne kadar büyük olursa, çekirdeğin dış elektronlar üzerindeki tutumu o kadar güçlü olur ve atom yarıçapı o kadar küçük olur.

Bununla birlikte, bazı geçiş elementlerinin yarıçapları her satır boyunca kabaca sabit kalır. Bunun nedeni, en dıştaki ana enerji seviyesindeki elektronların sayısının neredeyse sabit olması ve kabaca sabit etkili nükleer yük yaşamasıdır.

Her periyotta, atom yarıçapındaki eğilim Z arttıkça azalır;  her grupta, eğilim, atom yarıçapının Z arttıkça artmasıdır.

Bir grubu tararken, ana kuantum sayısı, n, her eleman için bir artar. Böylece, elektronlar çekirdekten giderek daha uzak olan bir alan bölgesine eklenmektedir. Sonuç olarak, en dıştaki elektronların çekirdekten olan mesafesini arttırdıkça atomun boyutu (ve atom yarıçapı) artmalıdır. Bu eğilim, aşağıdaki tabloda halojenlerin atom yarıçapları için gösterilmiştir.

Bu metin bu kaynaktan uyarlanmıştır: Openstax Chemistry 2e, Section 6.5: Periodic Variations in Element Properties.