اندازه‌گیری اتم‌ها با ابزارهای معمولی مثل خط‌کش امکان‌پذیر نیست. اتم‌ها بسیار کوچک هستند و به دلیل حرکت مداوم الکترون‌ها، تعیین دقیق قطر آنها دشوار است. برای اندازه‌گیری اندازه اتم‌ها از دو مفهوم استفاده می‌شود: شعاع اتمی و شعاع یونی. این دو مفهوم شباهت‌های زیادی دارند و حتی در مواردی یکسان هستند، اما تفاوت‌های جزئی و مهمی بین آنها وجود دارد که در ادامه به بررسی آنها می‌پردازیم.
نکات کلیدی
- روش‌های مختلفی برای اندازه‌گیری اندازه اتم وجود دارد، از جمله شعاع اتمی، شعاع یونی، شعاع کووالانسی و شعاع واندروالس.
- شعاع اتمی، نصف قطر یک اتم خنثی است. به عبارت دیگر، نصف قطر یک اتم است که از بیرونی‌ترین الکترون‌های پایدار آن اندازه گرفته می‌شود.
- شعاع یونی، نصف فاصله بین دو اتم گازی است که درست با یکدیگر تماس دارند. این مقدار ممکن است با شعاع اتمی یکسان باشد، یا برای آنیون‌ها بزرگتر و برای کاتیون‌ها هم اندازه یا کوچکتر باشد.
- شعاع اتمی و یونی هر دو از یک روند در جدول تناوبی پیروی می‌کنند. به طور کلی، شعاع با حرکت در طول یک دوره (ردیف) کاهش و با حرکت به پایین یک گروه (ستون) افزایش می‌یابد.
شعاع اتمی
شعاع اتمی، فاصله‌ی بین هسته اتم تا دورترین الکترون پایدار در یک اتم خنثی است. در عمل، این مقدار با اندازه‌گیری قطر اتم و تقسیم آن به دو به دست می‌آید. شعاع اتمی برای اتم‌های خنثی معمولاً بین 30 تا 300 پیکومتر (trillionths متر) است.
اصطلاح "شعاع اتمی" برای توصیف اندازه اتم به کار می‌رود. با این حال، تعریف استاندارد و یکسانی برای این مقدار وجود ندارد. در واقع، "شعاع اتمی" ممکن است به شعاع یونی، شعاع کووالانسی، شعاع فلزی یا شعاع واندروالس نیز اشاره داشته باشد.
شعاع یونی
شعاع یونی به صورت نصف فاصله بین دو یون گازی تعریف می‌شود که در تماس با یکدیگر هستند. مقادیر شعاع یونی معمولاً بین 30 تا بیش از 200 پیکومتر است. در یک اتم خنثی، شعاع اتمی و شعاع یونی با هم برابرند. اما بسیاری از عناصر به صورت آنیون (یون منفی) یا کاتیون (یون مثبت) وجود دارند.
اگر اتم بیرونی‌ترین الکترون خود را از دست بدهد (تبدیل به کاتیون شود)، شعاع یونی آن کوچکتر از شعاع اتمی خواهد بود، زیرا اتم یک لایه الکترونی را از دست داده است. اگر اتم یک الکترون به دست آورد (تبدیل به آنیون شود)، معمولاً الکترون وارد یک لایه الکترونی موجود می‌شود، بنابراین اندازه شعاع یونی و شعاع اتمی تقریباً قابل مقایسه خواهند بود.
مفهوم شعاع یونی با شکل اتم‌ها و یون‌ها پیچیده‌تر می‌شود. در حالی که ذرات ماده اغلب به صورت کروی نمایش داده می‌شوند، همیشه گرد نیستند. به عنوان مثال، محققان دریافته‌اند که یون‌های کالکوژن در واقع شکل بیضوی دارند.
روندها در جدول تناوبی
صرف نظر از روشی که برای توصیف اندازه اتم استفاده می‌کنید، اندازه اتم‌ها از یک روند مشخص در جدول تناوبی پیروی می‌کند. این روندها که به عنوان تناوب شناخته می‌شوند، به تکرار خواص عناصر اشاره دارند. دیمیتری مندلیف با مرتب کردن عناصر بر اساس افزایش جرم اتمی، متوجه این روندها شد. او با استفاده از خواص شناخته شده عناصر، توانست مکان عناصر کشف نشده را در جدول خود پیش‌بینی کند.
جدول تناوبی مدرن بسیار شبیه به جدول مندلیف است، اما امروزه عناصر بر اساس افزایش عدد اتمی (تعداد پروتون‌ها در اتم) مرتب شده‌اند. در حال حاضر عنصر کشف نشده‌ای وجود ندارد، اما امکان ساخت عناصر جدید با تعداد پروتون‌های بالاتر وجود دارد.
شعاع اتمی و یونی با حرکت به سمت پایین یک ستون (گروه) در جدول تناوبی افزایش می‌یابد، زیرا یک لایه الکترونی به اتم‌ها اضافه می‌شود. اندازه اتمی با حرکت در طول یک ردیف (دوره) کاهش می‌یابد، زیرا افزایش تعداد پروتون‌ها، نیروی کشش بیشتری بر روی الکترون‌ها وارد می‌کند. گازهای نجیب یک استثناء هستند. اگرچه اندازه اتم گاز نجیب با حرکت به سمت پایین ستون افزایش می‌یابد، اما این اتم‌ها بزرگتر از اتم‌های قبلی در یک ردیف هستند.
شعاع اتمی و یونی: تفاوت‌ها، روندها و هر آنچه باید بدانید — https://www.rayeshmand.ir/article/what-is-the-difference-between-atomic-radius-and-ionic-radius