RAYON ATOMIQUE: COMMENT IL EST MESURÉ, COMMENT IL CHANGE ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

Le rayon atomique est un paramètre important pour les propriétés périodiques des éléments du tableau périodique. Il est directement lié à la taille des atomes, car plus le rayon est grand, plus ils sont gros ou volumineux. De même, il est lié à leurs caractéristiques électroniques.

Plus un atome a d'électrons, plus sa taille atomique et son rayon sont grands. Les deux sont définis par les électrons dans la coquille de valence, car à des distances au-delà de leurs orbites, la probabilité de trouver un électron s'approche de zéro. Le contraire se produit au voisinage du noyau: la probabilité de trouver un électron augmente.

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L'image du haut représente un emballage de boules de coton. Notez que chacun est entouré de six voisins, sans compter une autre ligne supérieure ou inférieure possible. La façon dont les boules de coton sont compactées définira leurs tailles et donc leurs rayons; tout comme avec les atomes.

Les éléments, selon leur nature chimique, interagissent d'une manière ou d'une autre avec leurs propres atomes. Par conséquent, la grandeur du rayon atomique varie en fonction du type de liaison présente et de l'empilement solide de ses atomes.

Comment le rayon atomique est-il mesuré?

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Dans l'image principale, il peut être facile de mesurer le diamètre des boules de coton, puis de le diviser par deux. Cependant, la sphère d'un atome n'est pas entièrement définie. Parce que? Parce que les électrons circulent et diffusent dans des régions spécifiques de l'espace: les orbitales.

Par conséquent, l'atome peut être considéré comme une sphère aux bords impalpables, dont il est impossible de dire avec certitude à quelle distance ils se terminent. Par exemple, dans l'image ci-dessus, la région du centre, proche du noyau, montre une couleur plus intense, tandis que ses bords sont flous.

L'image représente une molécule diatomique E ₂ (telle que Cl ₂, H ₂, O ₂, etc.). En supposant que les atomes sont des corps sphériques, si la distance d séparant les deux noyaux de la liaison covalente était déterminée, alors il suffirait de la diviser en deux moitiés (d / 2) pour obtenir le rayon atomique; plus précisément, le rayon covalent de E pour E ₂.

Et si E ne formait pas de liaisons covalentes avec lui-même, mais était plutôt un élément métallique? Alors d serait indiqué par le nombre de voisins qui entourent E dans sa structure métallique; c'est-à-dire par le numéro de coordination (NC) de l'atome dans l'emballage (rappelez-vous les boules de coton dans l'image principale).

Détermination de la distance internucléaire

Pour déterminer d, qui est la distance internucléaire pour deux atomes dans une molécule ou un emballage, nécessite des techniques d'analyse physique.

L'une des plus utilisées est la diffraction des rayons X. Dans celle-ci, un faisceau de lumière est irradié à travers un cristal, et le diagramme de diffraction résultant des interactions entre les électrons et le rayonnement électromagnétique est étudié. Selon le tassement, différents diagrammes de diffraction peuvent être obtenus et donc d'autres valeurs de d.

Si les atomes sont «serrés» dans le réseau cristallin, ils présenteront des valeurs de d différentes par rapport à ce qu'ils auraient s'ils étaient «confortables». En outre, ces distances internucléaires pourraient fluctuer en valeurs, de sorte que le rayon atomique est en fait une valeur moyenne de ces mesures.

Comment le rayon atomique et le nombre de coordination sont-ils liés? V. Goldschmidt a établi une relation entre les deux, dans laquelle pour un NC de 12, la valeur relative est de 1; 0,97 pour un emballage où l'atome a NC égal à 8; 0,96, pour un NC égal à 6; et 0,88 pour un NC de 4.

Unités

En commençant par les valeurs de NC égales à 12, de nombreux tableaux ont été construits où les rayons atomiques de tous les éléments du tableau périodique sont comparés.

Comme tous les éléments ne forment pas de telles structures compactes (NC inférieur à 12), la relation de V. Goldschmidt est utilisée pour calculer leurs rayons atomiques et les exprimer pour le même emballage. De cette manière, les mesures du rayon atomique sont standardisées.

Mais dans quelles unités sont-ils exprimés? Puisque d est de très petite grandeur, il faut recourir aux unités de l'angström Å (10 ∙ 10 ^-10 m) ou également largement utilisé, le picomètre (10 ∙ 10 ^-12 m).

Comment cela change-t-il dans le tableau périodique?

Sur une période

Les rayons atomiques déterminés pour les éléments métalliques sont appelés rayons métalliques, tandis que pour les éléments non métalliques, les rayons covalents (comme le phosphore, P ₄ ou le soufre, S ₈). Cependant, entre les deux types de rayons, il existe une distinction plus marquée que celle du nom.

De gauche à droite dans la même période, le noyau ajoute des protons et des électrons, mais ces derniers sont confinés au même niveau d'énergie (nombre quantique principal). En conséquence, le noyau exerce une charge nucléaire effective croissante sur les électrons de valence, qui contracte le rayon atomique.

De cette manière, les éléments non métalliques de la même période ont tendance à avoir des rayons atomiques (covalents) plus petits que les métaux (rayons métalliques).

Descendre dans un groupe

Lorsque vous descendez dans un groupe, de nouveaux niveaux d'énergie sont activés, ce qui permet aux électrons d'avoir plus d'espace. Ainsi, le nuage d'électrons couvre de plus grandes distances, sa périphérie floue finit par s'éloigner du noyau, et par conséquent, le rayon atomique se dilate.

Contraction des lanthanides

Les électrons de la coque interne aident à protéger la charge nucléaire effective sur les électrons de valence. Lorsque les orbitales qui composent les coquilles internes ont de nombreux «trous» (nœuds), comme cela se produit avec les orbitales f, le noyau contracte fortement le rayon atomique en raison de leur faible effet de blindage.

Ce fait est mis en évidence dans la contraction du lanthanide à la période 6 du tableau périodique. De La à Hf, il y a une contraction considérable du rayon atomique du fait des orbitales f, qui «se remplissent» au fur et à mesure que le bloc f est traversé: celle des lanthanoïdes et des actinoïdes.

Un effet similaire peut également être observé avec les éléments du bloc pa à partir de la période 4. Cette fois-ci, du fait du faible effet de blindage des orbitales d qui se remplissent lors du passage des périodes de métal de transition.

Exemples

Pour la période 2 du tableau périodique, les rayons atomiques de ses éléments sont:

-Li: 257 h

-Be: 112 h

-B: 88 h

-C: 77 h

-N: 74 h

-O: 66 h

-F: 64 h

A noter que le lithium métal a le plus grand rayon atomique (257 pm), tandis que le fluor, situé à l'extrême droite de la période, est le plus petit de tous (64 pm). Le rayon atomique descend de gauche à droite dans la même période, et les valeurs listées le prouvent.

Le lithium, lorsqu'il forme des liaisons métalliques, son rayon est métallique; et le fluor, car il forme des liaisons covalentes (FF), son rayon est covalent.

Et si vous voulez exprimer les rayons atomiques en unités angström? Divisez-les simplement par 100: (257/100) = 2,57 Å. Et ainsi de suite avec le reste des valeurs.

Références

1. Chimie 301. Rayons atomiques. Récupéré de: ch301.cm.utexas.edu
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6. Shiver et Atkins. (2008). Chimie inorganique. (Quatrième édition., P. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.