はじめに
原子核から電子の最も外側の軌道までの総距離は、原子半径として知られています。簡単に言えば、原子核が中心にあり、電子の最も外側の軌道が周辺にある円の半径と比較することができます。周期表を上ったり下ったりすると、原子半径がどのように変動するかを説明するのに役立つパターンに気付くでしょう。
価電子が感じる正味の正電荷は、原子の実効核電荷 (Zeff) です。コア電子が正電荷を隠しているため、価電子は完全な正電荷を感じません。ここでは、シールドと実効核電荷の完全な説明を示します。原子の原子サイズは、Zeff の影響を大きく受けます。Zeff が低くなると、電子が原子核からさらに遮蔽され、原子核と電子の間の引力が低下するため、原子半径が大きくなります。周期表でグループを下に移動し、右から左に移動すると Zeff が減少するため、グループを下に移動し、右から左に移動すると原子半径が増加します。
結合タイプに関連する半径のタイプ
最も外側の電子の位置が不明であるため、原子半径を計算するのは困難です。電子がどこにあるか正確にはわかりません。ハイゼンベルグの不確定性原理は、この動作を説明できます。結合した 2 つの原子の原子核間の距離に基づいて半径を決定し、正確ではあるが不完全な半径の測定値を取得します。したがって、原子の半径は、それらが作る結合によって決まります。原子の半径は結合によって変化するため、原子の固定半径などはありません。
共有結合の半径
共有結合半径は、2 つの原子が共有結合を形成したときに計算できます。同じ元素の 2 つの原子が共有結合している場合、電子は反対方向に引き寄せられるため、各原子の半径は原子核間の距離の半分になります。原子の直径は 2 つの原子核間の距離によって決まりますが、必要なのは直径の半分である半径です。
共有結合半径は、原子半径の増加と同じパターンに従います。このパターンは、半径が大きいほど、2 つの原子核間の距離が大きくなるためです。詳細については、Zeff の説明を参照してください。
イオン半径
イオン結合またはイオンを作成する原子の半径は、イオン半径と呼ばれます。イオン結合では、各原子は共有結合とは異なる半径を持っています。これは重要な概念です。イオン結合内の原子のサイズが大きく異なるという事実が、半径の変動の原因です。原子の 1 つは、他の原子よりも小さい陽イオンであり、もう 1 つははるかに大きい陰イオンです。この不一致を説明するには、まず 2 つの原子核間の距離全体を計算し、それを原子サイズで割る必要があります。原子サイズが大きいほど、半径は大きくなります。
陽イオンのイオン半径は、中性原子のイオン半径よりも小さくなります。一方、陰イオンは、中性イオンよりもイオン半径が大きくなります。
以下は完全な説明です:
1.正電荷を帯びたイオンである陽イオンは、定義上、陽子よりも少ない電子を含みます。対象の中性原子と比較して、電子が失われると、原子半径がシフトします (電荷なし)。
2.電子の損失は、前に示したように、原子が電子より多くの陽子を持っていることを意味します。陽子が原子核に向かって引きずる電子が少なくなるため、原子サイズが縮小し、結果として電子が原子核に向かって強く引き付けられます。外殻の電子数が減少すると同様に低下し、半径が小さくなります。
3. 磁石と金属製の物体は類推として使用される場合があります。 10 個の磁石と 10 個の金属物体が中性原子を表し、磁石が陽子を表し、金属物体が電子を表す場合、金属物体を 1 つ取り除くことは、電子を取り除くことと同じであり、磁石は金属物体を互いに引き寄せます。金属製のオブジェクトの数が減少します。これは、陽子が電子を原子核の近くに引きずり込み、原子サイズを小さくすることにも言えます。
陽イオンが生成されると、イオン半径が低下します。
一方、陰イオンは、電子を獲得するため、それが形成された元の原子よりも大きくなります。最外殻に電子を追加すると、原子核から離れたところにより多くの電子が存在するため、半径が大きくなります。より多くの電子が原子核に向かって引っ張られるため、中性原子の引っ張り力よりもわずかに弱くなり、原子半径が増加します。
メタリック半径
金属結合によって結合された原子の半径は、金属半径として知られています。金属クラスターでは、金属半径は隣接する 2 つの原子核間の合計距離の半分です。金属は同じ元素の原子で構成されているため、金属内の各原子間の距離は同じになります。
周期的トレンドにおける原子半径のトレンド
原子上の電子殻の数が増えると、元素の周期表を下に移動するにつれて原子の半径が大きくなります。
一般に、ピリオドの左から右に移動すると、原子のサイズは縮小します。電子遮蔽が一定のままであるため、実効核電荷は時間とともに上昇します。実効核電荷が高いほど、電子をより強く引き付け、電子雲を原子核に引き寄せ、原子半径を小さくします。
縦の動き
グループを進むにつれて、原子の半径が大きくなります。
水平移動
ピリオドの左から右に移動すると、原子のサイズが縮小します。
例外:遷移元素に追加された電子は内側の電子殻に追加され、外側の電子殻は一定のままであるため、原子核は電子を内側に引き寄せます。この現象は、遷移金属の電子配置によって説明されます。
Ga の電子配置 (E.C.) は次のとおりです。
[Ar]3d104s24p1
ｄ電子の遮蔽効果が低いため、最外殻電子に対する遮蔽効果（または遮蔽効果）が低下する。その結果、外側の電子の実効核電荷が上昇し、原子のサイズが縮小します。その結果、Ga と Al のサイズはほぼ同じになります。
軌道の貫通力の順序は次のとおりです:s>p> d>f
その結果、内側の電子が s 軌道にある場合、p 軌道にある電子よりも大きな遮蔽効果があり、遮蔽効果が弱まります。
これは、Ga がその前の原子と同じサイズであり、Sb が Sn よりも若干大きい理由を説明しています。
結論
原子や化合物の挙動を説明しようとするとき、原子のサイズは重要です。原子半径は、原子の大きさを表す方法の 1 つです。この情報は、一部の分子が結合する理由と、特定の状況下で他の分子が密集しすぎる部分を持つ理由を説明しています。
