8.3: Rayons ioniques
Le rayon ionique est la mesure utilisée pour décrire la taille d'un ion. Un cation a toujours moins d'électrons et le même nombre de protons que l'atome parent ; il est plus petit que l'atome à partir duquel il est obtenu. Par exemple, le rayon covalent d'un atome d'aluminium (1s22s22p63s23p1) est de 118 pm, alors que le rayon ionique d'un Al3+ (1s22s22p6) est de 68 pm. Comme les électrons sont retirés de la couche de valence externe, les électrons de cœur restants qui occupent des plus petites couches subissent une charge nucléaire effective plus importante Zeff et sont attirés encore plus près du noyau.
Les cations avec des charges plus importantes sont plus petits que les cations avec des charges plus faibles (par exemple, V2+ a un rayon ionique de 79 pm, alors que celui de V3+ est de 64 pm). En descendant dans les groupes du tableau périodique, les cations d'éléments successifs ayant la même charge ont généralement des rayons plus grands, ce qui correspond à une augmentation du nombre quantique principal, n.
Un anion (ion négatif) est formé par l'addition d'un ou de plusieurs électrons sur la couche de valence d'un atome. Cela entraîne une répulsion plus importante entre les électrons et une diminution du Zeff par électron. À cause des deux effets (l'augmentation du nombre d'électrons et la diminution du Zeff), le rayon d'un anion est plus grand que celui de l'atome parent. Par exemple, un atome de soufre ([Ne]3s23p4) a un rayon covalent de 104 pm, alors que le rayon ionique de l'anion sulfure ([Ne]3s23p6) est de 170 pm. Pour les éléments consécutifs en descendant dans n'importe quel groupe, les anions ont des nombres quantiques principaux plus grands et, par conséquent, des rayons plus grands.
On dit que les atomes et les ions qui ont la même configuration électronique sont isoélectroniques. Les espèces isoélectroniques sont N3–, O2–, F–, Ne, Na+, Mg2+ et Al3+ (1s22s22p6). Une autre série isoélectronique est P3–, S2–, Cl–, Ar, K+, Ca2+ et Sc3+ ([Ne]3s23p6). Pour les atomes ou les ions qui sont isoélectroniques, le nombre de protons détermine la taille. Plus la charge nucléaire est importante, plus le rayon d'une série d'ions et d'atomes isoélectroniques est petit.
Ce texte est adapté de OpenStax Chemistry 2e, Section 6.5 : Variations périodiques dans les propriétés des éléments.
