Trend: atoomstraal

Een cesiumatoom heeft ongeveer tweeëneenhalf keer de straal van een fluoratoom: 343 pm tegen 135 pm in PubChem.

Een atoom heeft geen harde rand, want zijn elektronen ijlen geleidelijk uit als mist. Scheikundigen hebben toch een grootte nodig, dus ze definiëren er een aan de hand van hoe dicht atomen elkaar naderen. Het model gebruikt de van der Waals-straal uit PubChem: de helft van de afstand tussen twee atomen die elkaar raken zonder te binden. Zet "Hoogte: Atoomstraal" aan en het systeem verandert in een landschap. De hoogste bergrug ligt uiterst links onderaan, en het laagste terrein ligt rechtsboven.

Een groep omlaag: groter

Langs een groep omlaag heeft elk element één elektronenschil meer dan het element erboven. Een nieuwe schil zit verder van de kern, dus het atoom wordt groter. In groep 1 stijgen de PubChem-waarden van lithium met 182 pm naar natrium met 227 pm, kalium met 275 pm en cesium met 343 pm. Eén picometer is een biljoenste meter, dus zelfs cesium, het grootste stabiele atoom, heeft maar een straal van ongeveer een derde nanometer.

Over een periode: kleiner

Dit verrast de meeste mensen. Als je van links naar rechts langs een periode beweegt, heeft elk atoom meer protonen en meer elektronen dan het vorige, maar de atomen worden kleiner. De reden is dat de nieuwe elektronen allemaal in dezelfde buitenste schil gaan, terwijl de kern positieve lading wint. Elektronen in dezelfde schil schermen elkaar slecht af van de kern, dus de buitenste elektronen voelen een steeds sterkere aantrekking en worden dichterbij getrokken. In periode 2 daalt de straal van lithium met 182 pm tot fluor met 135 pm.

De aantrekking die een buitenste elektron werkelijk voelt, heet de effectieve kernlading. Het is de kernlading min het deel dat door binnenste elektronen wordt opgeheven. Over een periode stijgt die gestaag. Langs een groep omlaag verandert hij veel minder, omdat de extra protonen worden gecompenseerd door een extra laag afschermende elektronen, en het afstandseffect wint.

Het model eerlijk lezen

Echte gegevens zijn grilliger dan de regel uit het leerboek. De edelgassen hebben van der Waals-stralen die groter zijn dan die van hun buren, omdat ze worden gemeten als elkaar rakende atomen die nooit binden, terwijl sommige andere stralen in dezelfde tabel uit gebonden kristallen komen. De overgangsmetalen veranderen over het d-blok maar weinig. De trend is het sterkst in het s- en p-blok. Tegels van de zwaarste synthetische elementen blijven grijs en plat, omdat niemand hun grootte heeft gemeten.

Grootte doet ertoe voor de scheikunde. Een groot atoom houdt zijn buitenste elektronen los vast, dus grote metaalatomen zoals cesium geven ze makkelijk af. Een klein atoom zoals fluor houdt zijn elektronen strak vast en trekt ook aan de elektronen van andere atomen. Straal is de eerste van de trends, en de volgende eenheid, over elektronegativiteit, volgt eruit.

Atomen veranderen van grootte als ze ionen worden. Een natriumatoom dat zijn enige buitenste elektron verliest, verliest ook zijn hele derde schil, dus het Na⁺-ion is veel kleiner dan het atoom: zijn ionstraal is ongeveer 102 pm. Een chlooratoom dat een elektron wint, voegt afstoting toe tussen elektronen in dezelfde schil, en het Cl⁻-ion zwelt op tot ongeveer 181 pm. Deze twee getallen bepalen de afstand in een zoutkristal, die je kunt zien in het moleculenmodel in de bindingencursus.