Rayon atomique

Une manière de définir le rayon atomique est de prendre le maximum de la densité radiale d'une orbitale atomique de type Slater, décrivant les électrons externes de l'atome considéré : on trouve alors

${\displaystyle r={\frac {n*^{2}}{Z*_{\rm {eff}}}}\cdot a_{0}}$ 

Où n* est le nombre quantique principal de la couche de valence, Z*_eff désigne la charge du noyau (car Z est le numéro atomique) et a₀ le rayon de l’atome de Bohr qui sert ici de référence pour le calcul et qui équivaut à 0,052 9 nm.

Si une liaison covalente est formée entre deux non-métaux, il sera question d’un type spécifique de rayon atomique nommé rayon covalent. On définit le rayon covalent comme la moitié de la distance qui sépare les noyaux de deux atomes (ou ions) contigus dans une molécule.

Si une liaison métallique est formée entre deux métaux, il sera question d’un type spécifique de rayon atomique nommé rayon métallique.

Cette longueur, mesurée à l'aide d'un diffractomètre à rayons X, permet de déterminer de manière approximative la taille d'un atome, même si les nuages d'électrons des deux atomes se mélangent.

Lorsqu'on compare des atomes isovalents, si les électrons se situent tous sur la même couche chez chaque atome, l'atome ayant le plus de protons (donc le plus lourd) sera le plus grand puisque l'attraction sera plus petite, contrairement si le nombre d'électrons est petit et le nombre des protons est grand, l'attraction sera plus grande.

Lorsqu'on compare des atomes isoélectroniques, la même logique s'applique, l'atome ayant le plus de protons aura le plus petit rayon atomique puisque le noyau exercera une plus grande attraction sur les électrons.

Lorsqu'on compare des atomes isoprotoniques, il faut regarder le nombre d'électrons. Moins il y a d'électrons dans l'atome, plus la force d'attraction du noyau exercée sur chacun sera grande et plus le rayon atomique sera petit.

Dans un tableau périodique, de façon générale, plus on va vers la droite sur une même période, plus le rayon atomique est petit. Cette propriété périodique est directement reliée à l’augmentation de la charge effective car, lors du déplacement de gauche vers la droite sur une période, le nombre de protons et d’électrons de valence augmentent, mais l’effet d’écran causé par les électrons internes reste sensiblement le même. Cette croissance traduit une augmentation de l’attraction entre le noyau et les électrons de valence et donc à une diminution de la distance entre les noyaux des deux atomes.

Plus on va vers le bas sur une même colonne, plus le rayon atomique est grand. L’explication de cette tendance périodique est relativement simple : le nombre quantique principal n, porté au carré, augmente plus rapidement que Z_eff dans la formule du rayon atomique. En termes physiques, ceci signifie que de haut en bas dans une famille, le nombre de protons et le nombre d’électrons internes augmentent, mais le nombre d’électrons de valence reste constant. L’effet d’écran est donc de plus en plus important et les électrons de valences sont moins fortement retenus par le noyau. L’augmentation du rayon atomique est alors causée par une « dilatation du nuage électronique ».

Le tableau suivant donne les valeurs en Ångström publiées par J. C. Slater^[3], avec une incertitude de 0,12 Å :

• (en) Cet article est partiellement ou en totalité issu de l’article de Wikipédia en anglais intitulé « Atomic radius » (voir la liste des auteurs).

• Élément chimique
• Atome

• Peter Atkins et Loretta Jones (trad. André Pousse), Chimie : molécules, matière, métamorphoses [« Chemistry : molecules, matter and change »], Bruxelles Paris, De Boeck universite, 1998, 1018 p. (ISBN 978-2-7445-0028-2, OCLC 489879525, présentation en ligne).
• Jerome Rosenberg et Lawrence M. Epstein (trad. Jean-Claude Engrand), Chimie générale : cours et problèmes [« Theory and problems of college chemistry »], Paris, McGraw-Hill, coll. « Schaum », 1983, 351 p. (ISBN 978-2-7042-1273-6, OCLC 29372943).
• Steven S Zumdahl (trad. Maurice Rouleau), Chimie générale, Montréal, Centre éducatif et culturel, 1988, 481 p. (ISBN 978-2-7617-0471-7 et 978-2-761-70584-4).

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