Andamento: raggio atomico

Un atomo di cesio ha un raggio circa due volte e mezzo quello di un atomo di fluoro: 343 pm contro 135 pm secondo PubChem.

Un atomo non ha un bordo netto, perché i suoi elettroni si diradano poco a poco come la nebbia. I chimici però hanno bisogno di una misura, e la definiscono in base a quanto gli atomi si avvicinano tra loro. Il modello usa il raggio di van der Waals di PubChem: metà della distanza tra due atomi che si toccano senza legarsi. Attiva «Altezza: Raggio atomico» e la tavola diventa un paesaggio. La cresta più alta è all'estrema sinistra, in basso, e il terreno più basso è in alto a destra.

Lungo un gruppo: più grande

Scendendo lungo un gruppo, ogni elemento ha un livello di elettroni in più di quello sopra. Il nuovo livello si trova più lontano dal nucleo, quindi l'atomo diventa più grande. Nel gruppo 1 i valori di PubChem salgono dal litio con 182 pm al sodio con 227 pm, al potassio con 275 pm e al cesio con 343 pm. Un picometro è un millesimo di miliardesimo di metro, quindi anche il cesio, l'atomo stabile più grande, ha un raggio di appena un terzo di nanometro circa.

Lungo un periodo: più piccolo

Questo sorprende quasi tutti. Spostandosi da sinistra a destra lungo un periodo, ogni atomo ha più protoni e più elettroni del precedente, eppure gli atomi diventano più piccoli. Il motivo è che i nuovi elettroni entrano tutti nello stesso livello esterno, mentre il nucleo guadagna carica positiva. Gli elettroni dello stesso livello si schermano male a vicenda dal nucleo, perciò gli elettroni esterni sentono un'attrazione sempre più forte e vengono tirati più vicino. Nel periodo 2 il raggio scende dal litio con 182 pm al fluoro con 135 pm.

L'attrazione che un elettrone esterno sente davvero si chiama carica nucleare efficace. È la carica del nucleo meno la parte annullata dagli elettroni interni. Lungo un periodo cresce con regolarità. Lungo un gruppo cambia molto meno, perché i protoni in più sono compensati da un livello in più di elettroni schermanti, e prevale l'effetto della distanza.

Leggere il modello con onestà

I dati reali sono più irregolari della regola del libro. I gas nobili hanno raggi di van der Waals più grandi dei vicini, perché sono misurati come atomi che si toccano senza mai legarsi, mentre altri raggi della stessa tabella vengono da cristalli con legami. I metalli di transizione cambiano poco lungo il blocco d. L'andamento è più netto nei blocchi s e p. Le caselle degli elementi sintetici più pesanti restano grigie e piatte, perché nessuno ne ha misurato la dimensione.

La dimensione conta in chimica. Un atomo grande trattiene debolmente i suoi elettroni esterni, quindi atomi metallici grandi come il cesio li cedono con facilità. Un atomo piccolo come il fluoro trattiene forte i suoi elettroni e attira anche quelli degli altri atomi. Il raggio è il primo degli andamenti, e l'unità successiva, sull'elettronegatività, ne è la conseguenza.

Gli atomi cambiano dimensione quando diventano ioni. Un atomo di sodio che cede il suo unico elettrone esterno perde anche l'intero terzo livello, quindi lo ione Na⁺ è molto più piccolo dell'atomo: il suo raggio ionico è circa 102 pm. Un atomo di cloro che acquista un elettrone aumenta la repulsione tra gli elettroni dello stesso livello, e lo ione Cl⁻ si gonfia fino a circa 181 pm. Questi due numeri fissano le distanze in un cristallo di sale, che puoi vedere nel modello delle molecole nel corso sui legami.