El radio atómico de un elemento químico es una medida del tamaño de sus átomos , generalmente la distancia promedio entre el núcleo y el límite de la nube de electrones que lo rodea. Como este límite no es una entidad física bien definida, existen varias definiciones no equivalentes de radio atómico.
Dependiendo de la definición, el término puede aplicarse solo a átomos individuales, o también a átomos en materia condensada , un enlace covalente en una molécula o en estados ionizados y excitados. Su valor puede obtenerse mediante mediciones experimentales o calcularse a partir de modelos teóricos. Con ciertas definiciones, el valor del radio atómico puede depender del estado atómico y su entorno.
Los átomos a menudo se pueden modelar como esferas. Es una aproximación un tanto aproximada, pero puede proporcionar explicaciones y predicciones para muchos fenómenos como la densidad de fluidos y sólidos, la difusión de fluidos en un tamiz molecular , la disposición de átomos e iones en cristales y el tamaño y forma de moléculas.
Sin embargo, el concepto de radio atómico es difícil de definir porque los electrones no tienen una órbita bien definida ni un tamaño preciso. Por lo tanto, su posición debe describirse utilizando probabilidades de distribución que disminuyen gradualmente a medida que se alejan del núcleo, sin anularse bruscamente entre sí. También en la materia y las moléculas condensadas, las nubes electrónicas de átomos a menudo se superponen y algunos electrones pueden deslocalizarse en dos o más átomos.
A pesar de estas dificultades conceptuales, la mayoría de las definiciones, para átomos individuales, dan un radio entre 30 y 300 pm (de 0.3 a 3 ångströms ) El radio atómico es por lo tanto más de 10,000 veces mayor que el núcleo atómico pero menos de una milésima de la longitud de onda visible. .
Los radios atómicos cambian de manera predecible a medida que avanza por la tabla periódica . Por ejemplo, los radios generalmente disminuyen a lo largo de un período (fila) de la tabla desde los álcalis hasta los gases nobles ; y aumentar al descender una columna.
Una forma de definir el radio atómico es tomar el máximo de la densidad radial de un orbital atómico de tipo Slater , describiendo los electrones externos del átomo considerado: entonces encontramos
Donde n * es el número cuántico principal de la capa de valencia , Z * eff denota la carga del núcleo (porque Z es el número atómico) y tiene 0 el radio del átomo de Bohr que se usa aquí como referencia para el cálculo y lo que equivale a 0,052 9 nm .
Si se forma un enlace covalente entre dos no metales , se discutirá un tipo específico de rayo atómico llamado rayo covalente. El radio covalente se define como la mitad de la distancia entre los núcleos de dos átomos (o iones) contiguos en una molécula .
Si se forma un enlace metálico entre dos metales , hablaremos de un tipo específico de rayo atómico llamado rayo metálico.
Esta longitud, medida con un difractómetro de rayos X , puede determinar aproximadamente el tamaño de un átomo, incluso si las nubes de electrones de los dos átomos se mezclan.
Al comparar átomos isovalentes , si los electrones están todos ubicados en la misma capa en cada átomo, el átomo con más protones (por lo tanto, el más pesado) será el más grande ya que la atracción será menor, a diferencia de si el número de electrones es pequeño y el número de protones es grande, la atracción será mayor.
Al comparar átomos isoelectrónicos , se aplica la misma lógica, el átomo con más protones tendrá el radio atómico más pequeño ya que el núcleo ejercerá una mayor atracción sobre los electrones.
Al comparar átomos isoprotónicos , debe observar la cantidad de electrones. Cuantos menos electrones haya en el átomo, mayor será la fuerza de atracción del núcleo ejercida sobre cada uno y menor será el radio atómico.
En una tabla periódica , en general, cuanto más a la derecha durante el mismo período, menor es el radio atómico. Esta propiedad periódica está directamente relacionada con el aumento de la carga efectiva porque, cuando se mueve de izquierda a derecha durante un período, el número de protones y electrones de valencia aumenta, pero el efecto de blindaje causado por ellos, los electrones internos permanecen prácticamente iguales. Este crecimiento refleja un aumento de la atracción entre el núcleo y los electrones de valencia y, por tanto, una disminución de la distancia entre los núcleos de los dos átomos.
Cuanto más bajamos en la misma columna, mayor es el radio atómico. La explicación de esta tendencia periódica es relativamente simple: el número cuántico principal n , al cuadrado, aumenta más rápido que Z eff en la fórmula del radio atómico. En términos físicos , esto significa que de arriba a abajo en una familia , el número de protones y el número de electrones internos aumentan, pero el número de electrones de valencia permanece constante. Por tanto, el efecto de pantalla es cada vez más importante y los electrones de valencia son retenidos con menos fuerza por el núcleo. El aumento del radio atómico se debe entonces a una "expansión de la nube de electrones ".
La siguiente tabla muestra los valores en Ångström publicados por JC Slater, con una incertidumbre de 0.12 Å :
H 0,25 |
Oye | |||||||||||||||||
Li 1,45 |
Ser 1.05 |
B 0,95 |
C 0,85 |
N 0,85 |
O 0,9 |
F 0.5 |
Nació | |||||||||||
Na 1.8 |
Mg 1,5 |
Al 1,25 |
Si 1.1 |
P 1 |
S 1 |
Cl 1 |
Arkansas | |||||||||||
K 2.2 |
Ca 1.8 |
Sc 1.6 |
Ti 1.4 |
V 1.35 |
Cr 1.4 |
Mn 1,4 |
Fe 1.4 |
Co 1.35 |
Ni 1,35 |
Cu 1.35 |
Zn 1,35 |
Ga 1.3 |
Gé 1,25 |
As 1,15 |
Se 1,15 |
Br 1,15 |
Kr | |
Rb 2,65 |
Sr 2 |
Y 1.8 |
1,55 zr |
Num 1,45 |
MB 1,45 |
Tc 1,35 |
Ru 1.3 |
Rh 1.35 |
Pd 1.4 |
Ag 1.6 |
Cd 1,55 |
En 1,55 |
Sn 1,45 |
Sb 1,45 |
Te 1.4 |
Yo 1.4 |
Xe | |
Cs 2.6 |
Ba 2.15 |
* |
Leer 1,75 |
Hf 1,55 |
Tu 1,45 |
Ancho 1,35 |
Re 1,35 |
Hueso 1.3 |
Ir 1,35 |
Pt 1,35 |
A 1,35 |
Hg 1,5 |
Tl 1.9 |
Pb 1.8 |
Bi 1.6 |
Po 1.9 |
A 1.8 |
Rn |
De 2,8 |
Ra 2,85 |
** |
Lr | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Monte | Ds | Rg | Cn | Nueva Hampshire | Florida | Mc | Lv | Ts | Og |
↓ | ||||||||||||||||||
* |
el 1.95 |
Este 1,85 |
Pr 1,85 |
Nd 1,85 |
Pm 1,85 |
Sm 1,85 |
Eu 1,85 |
Di-s 1.8 |
Tb 1,75 |
Dy 1,75 |
Ho 1,75 |
Er 1,75 |
Tm 1,75 |
Yb 1,75 |
||||
** |
Ac 1,95 |
Th 1.8 |
Pa 1.8 |
U 1,75 |
Np 1,75 |
Pu 1,75 |
Soy 1,75 |
Cm | Bk | Cf | Es | Fm | Maryland | No |