Raio atómico

O raio atômico ^{(português brasileiro)} ou raio atómico ^{(português europeu)} é uma estimativa de distância do núcleo à última camada eletrônica. Ao contrário do que se poderia pensar, o raio atômico não depende apenas do peso do átomo e/ou da quantidade de elétrons presentes na eletrosfera, sendo fortemente influenciado pela carga nuclear efetiva (Z_ef) de cada elemento.

Raio atômico médio

Numa explicação simplificada, o raio atômico é a distância entre o centro do átomo e a sua camada de valência, que é o nível de energia com elétrons mais externo deste átomo. Como consequência do átomo não ser rígido é impossível calcular o seu raio atômico exato. Deste modo, calcula-se o seu raio atômico médio.

Devido a dificuldade em obter-se o raio de átomos isolados determina-se (através de raio X) a distância entre os núcleos de dois átomos ligados do mesmo elemento, no estado gasoso. O raio atômico será metade da distância calculada.

Tendências Periódicas nos Raios Atômicos

• Ao descermos nos grupos da tabela periódica, o número atômico (Z) cresce. Isto resulta basicamente do aumento do número quântico principal (n) dos elétrons mais externos, consequentemente aumentando o número de camadas e a distância entre o núcleo e a camada eletrônica mais externa, resultando no aumento do tamanho do átomo;
• Deslocando-se da esquerda para direita em um mesmo período da tabela periódica, observamos a diminuição do raio atômico. Esta tendência ocorre devido ao aumento da carga nuclear efetiva (Z_ef) à medida que nos deslocamos no período. O aumento da quantidade de prótons no núcleo resulta em um aumento da carga nuclear efetiva, atraindo os elétrons(inclusive os mais externos) aproximando-os do núcleo, resultando assim na redução do raio atômico.

Propriedades

Os núcleos atômicos encontram-se, em condições normais, no seu estado fundamental. Algumas propriedades observáveis podem ser extraídas desses núcleos. O raio nuclear é uma das propriedades mais fáceis de observar e pode ser obtido a partir de experiências de dispersão como as realizadas por Rutherford. Como base nessas experiências, percebeu-se que era uma boa aproximação considerar o raio nuclear R como relacionado à massa nuclear pela expressão

$R=r_{0}A^{1/3}$

Onde $\scriptstyle r_{0}=(1.2\pm 0.1)\times 10^{-15}\;m$. O raio nuclear determina a forma da distribuição angular, a partir da qual se pode então calculá-lo.

Partículas Alfa

Seção de choque para o espalhamento de partículas alfa pelo chumbo a 60°, no sistema do laboratório.

Uma experiência de espalhamento elástico envolvendo núcleos pesados foi feita em 1954 por Farwell e Wegner. Com energia intermediária de 13 a 43 MeV usando um cíclotron de 60 polegadas.

O resultado obtido envolvendo uma amostra de Pb (chumbo) a 60º esta reproduzido na figura. A curva de Coulomb corrigida está normalizada pelos dados experimentais de baixa energia. Esta curva segue aproximadamente a dependência com o inverso do quadrado da seção de choque de Coulomb (Rutherford) com a energia, mas está levemente alterada a fim de levar em conta pequenas variações do ângulo de espalhamento com a energia devido ao campo magnético do cíclotron.

Em baixas energias observa-se a teoria do espalhamento de Rutherford correta; porém, a partir de energias por volta de 27 MeV, com o aumento da energia de partícula alfa, a seção do choque cai rapidamente, obrigando a partir disso a adotar outros modelos a fim de explicar a aproximação da partícula alfa do núcleo atômico.

Tendo essas dúvidas em cheque, os cientistas Farwell e Wegner baseados em um modelo apresentado por Blair, que explicava as absorções de partículas alfa pelo núcleo.

Blair supôs que a soma dos raios nuclear com a partícula alfa seria aproximadamente igual à distância de máxima aproximação calculada na energia para a qual a seção de choque experimental é 1/4 da seção de choque Coulomb. Tendo a expressão:

$D_{1/4}=R_{n}+R_{\alpha }$

Onde D_1/4 é a distância de máxima aproximação, R_n é o raio do núcleo e R _α.

Raio atômico medido empiricamente

O raio atômico pode ser medido empiricamente em picômetros (pm) com uma precisão aproximada de 5 pm.

Grupo (vertical)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Período (horizontal)

1

H 25

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 71

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 180

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

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Lantanídios

*

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

Actinídios

**

Ac 195

Th 180

Pa 180

U 175

Np 175

Pu 175

Am 175

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Raio atômico calculado

Raio atômico calculado em picômetros (pm)

Grupo (vertical)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

15

16

17

18

Período (horizontal)

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 270

Ra

**

Rf

Db

Sg

Bh

Hs

Mt

Ds

Rg

Cn

Nh

Fl

Mc

Lv

Ts

Og

Lantanídios

*

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

Actinídios

**

Ac

Th

Pa

U

Np

Pu

Am

Cm

Bk

Cf

Es

Fm

Md

No

Lr

Veja também

• Número atômico
• Massa atômica