Måling af størrelsen af et atom:Forståelse af atomradius og kernedimensioner

Af Kevin Beck | Opdateret 24. marts 2022

Atomer er de mindste enheder af stof, der bevarer identiteten af et grundstof. Mens en mursten på et pund guld kan opdeles i stadig mindre fragmenter, er den ultimative bestanddel selve guldatomet – en enhed, der både er umådelig lille og bemærkelsesværdigt velforstået.

Hvad udgør et atom

Hvert atom indeholder mindst én proton i sin kerne; protontallet, eller atomnummeret, identificerer entydigt grundstoffet. I et neutralt atom er antallet af elektroner er lig med antallet af protoner, og de fleste grundstoffer indeholder også neutroner - neutrale partikler, der tilføjer masse uden at ændre ladningen. Varianter med forskellige neutrontal er kendt som isotoper .

Protoner og neutroner danner en kompakt kerne, mens elektroner optager omgivende orbitaler, der er mange gange længere fra kernen end selve kernen.

Krafter, der former atomstørrelse

atomradius er defineret som afstanden fra kernens centrum til den yderste elektronorbital. Denne radius bestemmes i høj grad af balancen mellem kerneladningen (som trækker elektroner indad) og elektron-elektron frastødningen, der skubber dem udad.

I løbet af en periode, når atomnummeret stiger, øger de tilføjede protoner den nukleare attraktion. Fordi elektroner tilføjes til den samme skal, krymper radius typisk, indtil en ædelgas nås. Når den næste periode begynder, introduceres en ny elektronskal, hvilket forårsager en pludselig stigning i radius, efterfulgt af et gradvist fald igen, efterhånden som perioden skrider frem.

Størrelse af atomkernen

I modsætning til den ydre radius er kernen ensartet lille – omkring 1×10⁻¹⁵m i diameter for alle elementer. I modsætning hertil ville den yderste elektron i et typisk atom ligge omkring 100 m fra kernen, hvis atomet blev forstørret til størrelsen af et fodboldstadion.

Estimering af atomradius

Selvom der ikke er nogen enkelt formel, der gælder for hvert atom, estimerer kemikere ofte kovalente radier ved at måle afstanden mellem kerner i et bundet molekyle og halvere denne værdi. For eksempel, hvis calcium har en kendt radius på 178 pm, og Ca-Se-bindingslængden i calciumselenid er 278 pm, kan selenradius tilnærmes til 100 pm.

Atomradius på tværs af det periodiske system

Følgende diagram (se IUPAC ) angiver omtrentlige radier for de første 86 grundstoffer, der spænder fra omkring 40 pm for brint til 240 pm for cæsium.

At forstå disse dimensioner hjælper videnskabsmænd med at forudsige kemisk adfærd, designe nye materialer og forklare stoffets fysiske egenskaber.