Bán kính nguyên tử

Bán kính nguyên tử của một nguyên tố hóa học là kích thước nguyên tử của nguyên tố đó, thường là khoảng cách trung bình tính từ tâm của hạt nhân nguyên tử đến ranh giới ngoài cùng của đám mây electron. Vì ranh giới này không phải là một thực thể vật lý được xác định rõ ràng, nên có nhiều định nghĩa không tương đồng về bán kính nguyên tử. Ba định nghĩa được sử dụng phổ biến về bán kính nguyên tử là bán kính Van der Waals, bán kính ion, và bán kính cộng hóa trị tương ứng với 3 kiểu liên kết hóa học.

Sơ đồ của nguyên tử heli, thể hiện mật độ xác suất điện tử minh họa bằng vùng màu xám.

Tùy thuộc vào mỗi định nghĩa, thuật ngữ có thể chỉ áp dụng cho các nguyên tử bị cô lập, hoặc cũng cho các nguyên tử ở trang thái vật chất kết chặt, liên kết cộng hóa trị trong phân tử, hoặc trong các trạng thái kích thích và ion hóa; và giá trị của nó có thể được thu nhận thông qua các thí nghiệm, hoặc tính toán bằng các mô hình lý thuyết. Theo một vài định nghĩa, giá trị bán kính phụ thuộc vào trạng thái của nguyên tử.^[1]

Các electron không có quỹ đạo nhất định, hoặc dải được xác định rõ ràng. Thêm nữa, các vị trí của chúng phải được mô tả là phân phối xác suất là tình trạng giảm dần khi ra xa hạt nhân, mà không có ranh giới rõ rệt. Ngoài ram ở trạng thái cô đặc/nén chặt và phân tử, các đám mây electron của nguyên tử thường chồng lấn ở một mức độ nhất định, và một vài electron có thể di chuyển trên một vùng rộng lớn giữa hai hoặc nhiều nguyên tử.

Định nghĩa phổ biến nhất, bán kính của các nguyên tử trung hòa cô lập nằm trong khoảng 30 đến 300 pm (hay 0,3 đến 3 angstrom). Tuy nhiên, bán kính của nguyên tử gấp 10.000 lần bán kính hạt nhân của nó (1–10 fm),^[2] và nhỏ hơn 1/1000 bước sóng của ánh sáng nhìn thấy (400–700 nm).

Bán kính nguyên tử đo thực nghiệm

Bảng bên dưới thể hiện bán kính cộng hóa trị được đo đạc thực nghiệm theo xuất bản của J. C. Slater năm 1964.^[3] Đơn vị đo là picomet (pm hay 1×10⁻¹² m,), với độ chính xác khoảng 5 pm. Tông màu tăng từ đỏ đến vàng theo chiều tăng bán kính; màu xám là không có giá trị.

Nhóm (cột)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Chu kỳ (hàng)

1

H 11

He

2

Li 145

Be 105

B 85

C 70

N 65

O 60

F 50

Ne

3

Na 180

Mg 150

Al 125

Si 110

P 100

S 100

Cl 100

Ar

4

K 220

Ca 180

Sc 160

Ti 140

V 135

Cr 140

Mn 140

Fe 140

Co 135

Ni 135

Cu 135

Zn 135

Ga 130

Ge 125

As 115

Se 115

Br 115

Kr

5

Rb 235

Sr 200

Y 33

Zr 155

Nb 145

Mo 145

Tc 135

Ru 130

Rh 135

Pd 140

Ag 160

Cd 155

In 155

Sn 145

Sb 145

Te 140

I 140

Xe

6

Cs 260

Ba 215

*

Hf 155

Ta 145

W 135

Re 135

Os 130

Ir 135

Pt 135

Au 135

Hg 150

Tl 190

Pb 180

Bi 160

Po 190

At

Rn

7

Fr

Ra 215

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Fl

Uup

Lv

Uus

Uuo

Nhóm Lanthan

*

La 195

Ce 185

Pr 185

Nd 185

Pm 185

Sm 185

Eu 185

Gd 180

Tb 175

Dy 175

Ho 175

Er 175

Tm 175

Yb 175

Lu 175

Nhóm Actini

**

Ac 195

Th 180

Pa 180

U 175

Np 175

Pu 175

Am 175

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Bán kính nguyên tử theo tính toán

Bảng bên dưới thể hiện giá trị bán kính nguyên tử được tính theo mô hình toán, do Enrico Clementi và cộng sự công bố năm 1967.^[4] Đơn vị tính là picomet (pm).

Nhóm (cột)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Chu kỳ (hàng)

1

H 53

He 31

2

Li 167

Be 112

B 87

C 67

N 56

O 48

F 42

Ne 38

3

Na 190

Mg 145

Al 118

Si 111

P 98

S 88

Cl 79

Ar 71

4

K 243

Ca 194

Sc 184

Ti 176

V 171

Cr 166

Mn 161

Fe 156

Co 152

Ni 149

Cu 145

Zn 142

Ga 136

Ge 125

As 114

Se 103

Br 94

Kr 88

5

Rb 265

Sr 219

Y 212

Zr 206

Nb 198

Mo 190

Tc 183

Ru 178

Rh 173

Pd 169

Ag 165

Cd 161

In 156

Sn 145

Sb 133

Te 123

I 115

Xe 108

6

Cs 298

Ba 253

*

Hf 208

Ta 200

W 193

Re 188

Os 185

Ir 180

Pt 177

Au 174

Hg 171

Tl 156

Pb 154

Bi 143

Po 135

At

Rn 120

7

Fr

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Uut

Fl

Uup

Lv

Uus

Uuo

Lanthan

*

La

Ce

Pr 247

Nd 206

Pm 205

Sm 238

Eu 231

Gd 233

Tb 225

Dy 228

Ho

Er 226

Tm 222

Yb 222

Lu 217

Actini

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Chú thích

1. Cotton, F. A.; Wilkinson, G. (1988). Advanced Inorganic Chemistry (ấn bản thứ 5). Wiley. tr. 1385. ISBN 978-0-471-84997-1.
2. Basdevant, J.-L.; Rich, J.; Spiro, M. (2005). Fundamentals in Nuclear Physics. Springer. tr. 13, fig 1.1. ISBN 978-0-387-01672-6.
3. Slater, J. C. (1964). “Atomic Radii in Crystals”. Journal of Chemical Physics. 41 (10): 3199–3205. Bibcode:1964JChPh..41.3199S. doi:10.1063/1.1725697.
4. Clementi, E.; Raimond, D. L.; Reinhardt, W. P. (1967). “Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons”. Journal of Chemical Physics. 47 (4): 1300–1307. Bibcode:1967JChPh..47.1300C. doi:10.1063/1.1712084.