原子半徑

原子半徑通常指原子的尺寸，並不是一個精確的物理量，並且在不同的環境下數值也不同。^[1] 一個特定的原子的半徑值和所選用的原子半徑的定義相關，而在不同的環境下給原子半徑不同定義比統一的定義更合適。

術語原子半徑本身就有疑問：可能指一個自由原子的尺寸，或者可能用作原子（包括分子中的原子和自由原子）尺寸不同測量方式的一個籠統的術語。在下文中，這個術語還包括離子半徑，主要是因為共價鍵和離子鍵區別不大。而原子的定義「能區分出化學元素的最小粒子」本身就比較含糊，包括了自由原子以及與其它相同或不同原子一起組成化學物的原子。^[2]除了離子半徑，其他可能指代的半徑值包括玻爾半徑，范德華半徑，共價半徑和金屬半徑等。

原子半徑完全由電子決定，原子核的大小為是電子云的十萬分之一。值得注意的是原子核沒有固定的位置，而電子云沒有固定的邊界。

雖然有上述的困難，目前還是有很多的測量原子（包括離子）的方法，這些方法通常基於實驗測量和計算方式的結合。目前普遍認為原子像一個球體，尺寸在30–300皮米之間，在元素周期表中的原子半徑變化有規律可循，從而對元素的化學特性造成影響。

原子半徑的定義

范德華半徑[3]

晶體中，沒有成鍵而是通過范德華力結合的兩原子，其核間距的一半即為范德華半徑（又稱范氏半徑）。

離子半徑

離子鍵長等於兩離子半徑的和。

金屬半徑

金屬晶體中，相鄰金屬原子核間距一半即為金屬半徑。

玻爾半徑

由玻爾原子模型推測的最低能量電子軌道的半徑。

原子半徑的周期性

原子半徑在同一族內從上到下遞増，在同一元素周期內從左到右遞減。造成這種現象的部分原因是電子的分布不是完全自由的。原子內部的電子按照電子層排列，每個電子層只能容納固定數量的電子。^[4]元素周期表的每個一新的周期和一個新的電子層對應，離原子核也越來越遠。

原子核的電荷是另一個和原子半徑相關的重要因素，隨着原子序數Z的增加，原子核電荷增加。原子核的電荷是正的，吸引負電子。在一個元素周期內，原子核的電荷增加，而新增加的電子在同一層裡，導致電子層的半徑減小（對於主族元素來說，同周期電子層數相同的原子，隨着原子序遞增，後續電子填充在最外層，內層電子沒有變化，內層電子對最外層電子的排斥力變化不大，反而因核電荷數的增加，原子核對最外層電子的吸引力也增加，導致最外層電子運動區域往核靠近，原子半徑減小。），從而影響到原子半徑的減小。

遮蔽效應也是重要因素。內層電荷對外層電荷的排斥力，將外層電荷「向外推」。

原子半徑的主要三個因素可以總結如下：

因素	原理	隨……而增加	傾向	效果
電子層	量子力學	－	原子半徑↑	同一族的原子半徑從上而下增加
核電荷	原子核質子對電荷的吸引力	原子序數	原子半徑↓	同一周期的原子半徑從左而右減少
遮蔽效應	內層電荷對外層電荷的排斥力	電子層數目	原子半徑↑	減弱第二個因素

原子半徑的獲得方法[5]

測量宏觀物質

原子半徑可通過測量固體單質的密度，計算出1 mol物質的體積，再除以阿伏伽德羅常數，便可粗略的獲得原子半徑。

量子力學

由原子的核電荷數，電子數，電子云分布狀況等，給出原子半徑的定義。

測定結構

測定原子形成各種分子或固體後的核間距。同種原子，核間距除以2，即可獲得相應的原子半徑；異種原子，由已知一種原子半徑，可計算出另一種原子半徑。 大多數書籍所附的原子半徑，由此法測出。

傳統方法測量的原子半徑

下表為傳統方法測量的原子半徑，單位皮米，誤差為5皮米。

族（縱向）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

周期 （橫向）

1

H 氫 25

He 氦 31

2

Li 鋰 145

Be 鈹 105

B 硼 85

C 碳 70

N 氮 65

O 氧 60

F 氟 50

Ne 氖 38

3

Na 鈉 180

Mg 鎂 150

Al 鋁 125

Si 矽 110

P 磷 100

S 硫 100

Cl 氯 100

Ar 氬 71

4

K 鉀 220

Ca 鈣 180

Sc 鈧 160

Ti 鈦 140

V 釩 135

Cr 鉻 140

Mn 錳 140

Fe 鐵 140

Co 鈷 135

Ni 鎳 135

Cu 銅 135

Zn 鋅 135

Ga 鎵 130

Ge 鍺 125

As 砷 115

Se 硒 103

Br 溴 94

Kr 氪 88

5

Rb 銣 235

Sr 鍶 200

Y 釔 180

Zr 鋯 155

Nb 鈮 145

Mo 鉬 145

Tc 鍀 135

Ru 釕 130

Rh 銠 135

Pd 鈀 140

Ag 銀 160

Cd 鎘 155

In 銦 155

Sn 錫 145

Sb 銻 145

Te 碲 140

I 碘 140

Xe 氙 108

6

Cs 銫 260

Ba 鋇 215

▲ 鑭 系

Hf 鉿 155

Ta 鉭 145

W 鎢 135

Re 錸 135

Os 鋨 130

Ir 銥 135

Pt 鉑 135

Au 金 135

Hg 汞 150

Tl 鉈 190

Pb 鉛 180

Bi 鉍 160

Po 釙 190

At 砈 127

Rn 氡 120

7

Fr 鈁 240

Ra 鐳 215

△ 錒 系

Rf 鑪

Db 𨧀

Sg 𨭎

Bh 𨨏

Hs 𨭆

Mt 䥑

Ds 鐽

Rg 錀

Cn 鎶

Uut 鉨

Fl 鈇

Uup 鏌

Lv 鉝

Uus Ts

Uuo Og

鑭系元素

▲

La 鑭 195

Ce 鈰 185

Pr 鐠 185

Nd 釹 185

Pm 鉕 185

Sm 釤 185

Eu 銪 185

Gd 釓 180

Tb 鋱 175

Dy 鏑 175

Ho 鈥 175

Er 鉺 175

Tm 銩 175

Yb 鐿 175

Lu 鑥 175

錒系元素

△

Ac 錒 195

Th 釷 180

Pa 鏷 180

U 鈾 175

Np 錼 175

Pu 鈽 175

Am 鋂 175

Cm 鋦

Bk 鉳

Cf 鐦

Es 鎄

Fm 鐨

Md 鍆

No 鍩

Lr 鐒

包含傳統方法測量原子半徑的元素周期表，單位皮米，誤差5皮米。 參見元素周期表

參考： J.C. Slater, 《化學物理期刊》（J. Chem. Phys） 1964, 41, 3199.

通過計算得到的原子半徑

下表為通過計算得的原子半徑，單位皮米。^[6]

族（縱向）

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

周期 （橫向）

1

H 氫 53

He 氦 31

2

Li 鋰 167

Be 鈹 112

B 硼 87

C 碳 67

N 氮 56

O 氧 48

F 氟 42

Ne 氖 38

3

Na 鈉 190

Mg 鎂 145

Al 鋁 118

Si 矽 111

P 磷 98

S 硫 88

Cl 氯 79

Ar 氬 71

4

K 鉀 243

Ca 鈣 194

Sc 鈧 184

Ti 鈦 176

V 釩 171

Cr 鉻 166

Mn 錳 161

Fe 鐵 156

Co 鈷 152

Ni 鎳 149

Cu 銅 145

Zn 鋅 142

Ga 鎵 136

Ge 鍺 125

As 砷 114

Se 硒 103

Br 溴 94

Kr 氪 88

5

Rb 銣 265

Sr 鍶 219

Y 釔 212

Zr 鋯 206

Nb 鈮 198

Mo 鉬 190

Tc 鍀 183

Ru 釕 178

Rh 銠 173

Pd 鈀 169

Ag 銀 165

Cd 鎘 161

In 銦 156

Sn 錫 145

Sb 銻 133

Te 碲 123

I 碘 115

Xe 氙 108

6

Cs 銫 298

Ba 鋇 253

▲ 鑭 系

Hf 鉿 208

Ta 鉭 200

W 鎢 193

Re 錸 188

Os 鋨 185

Ir 銥 180

Pt 鉑 177

Au 金 174

Hg 汞 171

Tl 鉈 156

Pb 鉛 154

Bi 鉍 143

Po 釙 135

At 砈 127

Rn 氡 120

7

Fr 鈁

Ra 鐳

△ 錒 系

Rf 鑪

Db 𨧀

Sg 𨭎

Bh 𨨏

Hs 𨭆

Mt 䥑

Ds 鐽

Rg 錀

Cn 鎶

Uut 鉨

Fl 鈇

Uup 鏌

Lv 鉝

Uus Ts

Uuo Og

鑭系元素

▲

La 鑭 226

Ce 鈰 210

Pr 鐠 247

Nd 釹 206

Pm 鉕 205

Sm 釤 238

Eu 銪 231

Gd 釓 233

Tb 鋱 225

Dy 鏑 228

Ho 鈥 226

Er 鉺 226

Tm 銩 222

Yb 鐿 222

Lu 鑥 217

錒系元素

△

Ac 錒

Th 釷

Pa 鏷

U 鈾

Np 錼

Pu 鈽

Am 鋂

Cm 鋦

Bk 鉳

Cf 鐦

Es 鎄

Fm 鐨

Md 鍆

No 鍩

Lr 鐒

包含計算得到的原子半徑的元素周期表，單位皮米。 參見元素周期表

相關條目

• 化學鍵
• 共價半徑
• 鍵長
• 位阻效應
• 法楊原則

參考資料

1. F·艾伯特·科頓、傑弗里·威爾金森（1988年）《Advanced Inorganic Chemistry》（第五版），紐約：Wiley. ISBN 0-471-84997-9，第1385頁。
2. 國際純化學與應用化學聯盟（1990年），《Nomenclature of Inorganic Chemistry》，Oxford: Blackwell Scientific. ISBN 0-632-02494-1，第35頁。
3. Pauling, L. (1945). The Nature of the Chemical Bond (2nd ed.). Cornell University Press. LCCN 42034474.
4. Tipler, Paul & Ralph Llewellyn（2003年），《現代物理》（Modern Physics），第四版，New York: W. H. Freeman and Company，ISBN 0-7167-4345-0。
5. 北京師範大學、華中師範大學、南京師範大學無機化學教研室. 無機化學（第四版）. 北京: 高等教育出版社.
6. Clementi, E.; Raimond, D. L.; Reinhardt, W. P. Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons. Journal of Chemical Physics. 1967, 47 (4): 1300–1307. Bibcode:1967JChPh..47.1300C. doi:10.1063/1.1712084.