8.3: イオン半径
イオン半径とは、イオンの大きさを表すための尺度です。カチオンは常に親原子よりも少ない電子と同じ数の陽子を持っており、元の原子よりも小さいです。 たとえば、アルミニウム原子（ 1s22s22p63s23p1 ）の共有結合半径は 118 pm で、 3+ （ 1s22s22p6）のイオン半径は 68 pm です。 外側の原子価殻から電子が除去されると、より小さい殻を占有する残りの内殻電子の方がより効果的な核電荷Zeffを持ち、原子核の近くに描画されます。
大きな電荷を持つカチオンは、小さな電荷を持つカチオンよりも小さい（例えば、V2+のイオン半径は79pmであるのに対し、V3+のイオン半径は64pmである）。周期表の族を下っていくと、同じ電荷を持つ連続した元素の陽イオンは一般的に大きな半径を持ち、これは主量子数nの増加に対応しています。
陰イオン（負イオン）は、原子価殻に 1 つ以上の電子を加えることで形成されます。 これにより、電子間の反発が大きくなり、電子あたりの Zeff が減少します。 どちらの効果も（電子の数が増加し、 Zeff が減少）、陰イオンの半径が親原子の半径より大きくなります。 例えば、硫黄原子（ [Ne] 3s23p4 ）の共有結合半径は 104 pm で、硫化陰イオン（ [Ne] 3s23p6 ）のイオン半径は 170 pm です。 任意の族に続く連続した元素については、陰イオンの主要量子数値が大きくなり、その結果、半径が大きくなります。
電子構成が同じ原子およびイオンは、等電子と呼ばれます。 等電子種の例としては、 N3–、 O2–、 F–、 Ne、 Na+、 Mg2+、 Al3+ (1s22s22p6)があります。 もう 1 つの等電子族は、 P3–、 S2–、 Cl–、 Ar、 K+、 Ca2+、 Sc3+ ([Ne]3s23p6)です。 等電性の原子またはイオンの場合、陽子の数によってサイズが決まります。 原子電荷が大きいほど、一連の等電イオンと原子の半径が小さくなります。
このテキストは 、 OpenStax Chemistry 2e の第 6.5 章「元素特性の周期的な変化」に基づいています。
