Radio atómico

Diagrama de un átomo de helio, mostrando la distribución de probabilidad de la situación de los electrones mediante un sombreado de color gris. La barra negra que se encuentra en el ángulo inferior izquierdo muestra la escala del dibujo:
1 Å (ángstrom) equivale a 100 pm (picómetros), que equivale a 100.000 fm (femtómetros).
En el centro se puede ver (fuera de escala) el núcleo del átomo, y en el extremo superior derecho se ve una ampliación del núcleo, con dos protones y dos neutrones.
La escala indica el tamaño de un fm (femtómetro).

El radio atómico identifica la distancia media entre dos núcleos de un mismo elemento enlazados entre sí y también se puede medir desde el núcleo hasta el último electrón. Por medio del radio atómico es posible determinar el tamaño del átomo.

Dependiendo de la definición, el término puede aplicarse a átomos en materia condensada, enlace covalente en moléculas, o en ionizado y estado excitado; y su valor puede obtenerse mediante mediciones experimentales o calcularse a partir de modelos teóricos. El valor del radio puede depender del estado y contexto del átomo.​

Los electrones no tienen órbitas definidas ni tampoco rangos claramente definidos. Más bien, sus posiciones deben describirse como distribución de probabilidad que disminuyen gradualmente a medida que uno se aleja del núcleo, sin un límite agudo; estos se denominan orbitales atómicos o nubes de electrones. Además, en la materia condensada y las moléculas, las nubes de electrones de los átomos generalmente se superponen hasta cierto punto, y algunos de los electrones pueden vagar por una gran región que abarca dos o más átomos.

Según la mayoría de las definiciones, los radios de los átomos neutros aislados oscilan entre 30 y 300 pm (trillonésimas de metro), o entre 0,3 y 3 ångströms. Por lo tanto, el radio de un átomo es más de 10.000 veces el radio de su núcleo (1-10 fm),​ y menos de 1/1000 de la longitud de onda de la luz visible (400-700 nm).

La forma aproximada de una molécula de etanol, CH₃CH₂OH. Cada átomo está modelado por una esfera con el radio de Van der Waals del elemento

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Para muchos propósitos, los átomos pueden modelarse como esferas. Esto es sólo una aproximación burda, pero puede proporcionar explicaciones cuantitativas y predicciones para muchos fenómenos, tales como la densidad de líquidos y sólidos, la difusión de fluidos a través de tamices moleculares, la disposición de los átomos y los iones en cristals, y el tamaño y forma de las moléculas. En 1920, poco después de que ya era posible determinar los tamaños de los átomos utilizando la difracción de rayos X, se sugirió que todos los átomos de un mismo elemento tienen el mismo radio.​ Sin embargo, en 1923, cuando hubo más datos disponibles, se determinó que la aproximación de un átomo como una esfera no se mantiene necesariamente cuando se compara el mismo átomo en cristales con diferentes estructuras.​

Definiciones

Forma aproximada de una molécula de etanol, CH₃CH₂OH. Cada átomo es representado por una esfera con el radio de Van der Waals correspondiente al elemento (código de colores usual: carbono en negro; oxígeno en rojo; hidrógeno en blanco).

Definiciones ampliamente usadas de radio atómico incluyen:

• Radio de Van der Waals: en principio, la mitad de la distancia mínima entre los núcleos de dos átomos del elemento que no están vinculados a la misma molécula.​
• Radio iónico: el radio nominal de los iones de un elemento en un estado de ionización específica, deducida a partir de la separación de los núcleos atómicos en sales cristalinas que incluyen el ion. En principio, la separación entre dos iones de carga opuesta adyacentes debe ser igual a la suma de sus radios iónicos.​
• Radio covalente: el radio nominal de los átomos de un elemento cuando tienen enlace covalente con otros átomos, como se deduce de la separación entre los núcleos atómicos en las moléculas. En principio, la distancia entre dos átomos que están unidos el uno al otro en una molécula (la longitud de ese enlace covalente) debe ser igual a la suma de sus radios covalentes.​
• Radio metálico: el radio nominal de átomos de un elemento cuando se unen a otros átomos por enlace metálico.^{[cita requerida]}

Bohr, N. (1913). «On the Constitution of Atoms and Molecules, Part I. – Binding of Electrons by Positive Nuclei». Philosophical Magazine. 6 26 (151): 1-24. doi:10.1080/14786441308634955. Consultado el 8 de junio de 2011. </ref>​ Es aplicable únicamente a los átomos e iones con un solo electrón, como el hidrógeno, helio simplemente ionizado, y positronio. Aunque el modelo en sí ya está obsoleto, el radio de Bohr para el átomo de hidrógeno se considera una constante física importante.

Propiedades

• En un mismo grupo, el radio atómico aumenta de arriba abajo con la cantidad de niveles de energía. Al ser mayor el nivel de energía, el radio atómico es mayor.
• En el mismo períodos, el radio atómico disminuye de izquierda a derecha, ya que, al ir hacia la derecha, el número atómico (Z) aumenta en una unidad al pasar de un elemento a otro, es decir, hay un aumento de carga nuclear por lo que los electrones son atraídos.
• El radio atómico puede ser covalente o metálico. La distancia entre núcleos de átomos "vecinos" en una molécula es la suma de sus radios covalentes, mientras que el radio metálico es la mitad de la distancia entre núcleos de átomos "vecinos" en cristales metálicos. Usualmente, por radio atómico se ha de entender radio covalente.

Valores del radio atómico

En la tabla siguiente figuran los valores en ángstroms publicados por J. C. Slater,​ con una incertidumbre de 0.12 Å:

H 0,25

He

Li 1,45

Be 1,05

B 0,85

C 0,7

N 0,65111

O 0,6

F 0,50111

Ne

Na 1,80111

Mg 1,50111

Al 1,257111

Si 1,12

P 1

S 1

Cl 1

Ar

K 2,2

Ca 1,8

Sc 1,6

Ti 1,407

V 1,35

Cr 1,407

Mn 1,45

Fe 1,407

Co 1,35

Ni 1,35

Cu 1,35

Zn 1,35

Ga 1,3

Ge 1,25

As 1,15

Se 1,15

Br 1,15

Kr

Rb 2,35

Sr 2

Y 1,8

Zr 1,55

Nb 1,45

Mo 1,45

Tc 1,35

Ru 1,3

Rh 1,35

Pd 1,4

Ag 1,6

Cd 1,55

In 1,55

Sn 1,45

Sb 1,45

Te 1,4

I 1,4

Xe

Cs 2,6

Ba 2,15

*

Hf 1,55

Ta 1,45

W 1,35

Re 1,35

Os 1,3

Ir 1,35

Pt 1,35

Au 1,35

Hg 1,5

Tl 1,9

Pb 1,8

Bi 1,6

Po 1,9

At

Rn

Fr

Ra 2,15

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

*

La 1,95

Ce 1,85

Pr 1,85

Nd 1,85

Pm 1,85

Sm 1,85

Eu 1,85

Gd 1,8

Tb 1,75

Dy 1,75

Ho 1,75

Er 1,75

Tm 1,75

Yb 1,75

Lu 1,75

**

Ac 1,95

Th 1,8

Pa 1,8

U 1,75

Np 1,75

Pu 1,75

Am 1,75

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Notas

• Diferencia entre datos empíricos y calculados: Datos empíricos significa "que se originan o se basan en la observación o la experiencia" o "se basan únicamente en la experiencia o la observación, a menudo sin tener en cuenta los datos teóricos y del sistema".​ En otras palabras, los datos se miden a través de la observación física y se examinan mediante otros experimentos que generan "resultados similares". Los datos calculados, por otro lado, se derivan de modelos teóricos. Tales predicciones son especialmente útiles para elementos cuyos radios no se pueden medir experimentalmente (por ejemplo, aquellos que no se han descubierto o que tienen una vida media demasiado corta).

Referencias

• Datos: Q483788