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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.^[1]^[2]^[3]

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.^[1]

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.^[4]

Partículas Alfa

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.^[4]

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.^[5]

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

Referências

↑ ^a ^b Júlio César Lima Lira (17 de junho de 2010). «Raio Atômico»
↑ CrystalMaker Software Ltd. «Elements, Atomic Radii and the Periodic Table». Arquivado do original em 17 de maio de 2013
↑ Brown, T. L. Química A Ciência Central. Pearson São Paulo. 9ª Edição, 2012. Página 222 e 223
↑ ^a ^b K. C. Chung (2009). Introdução à Física Nuclear 1 ed. [S.l.]: UERJ. p. 285. ISBN 9788575110157
↑ Slater, J.C (2007). Introduction To Chemical Physics (em inglês). [S.l.]: Martindell Press. p. 536. ISBN 978-1406717594