Periodensystem mit Atomradien

Wie der Atomradius gemessen wird

Ein Atom hat keinen scharfen Rand, daher wird sein Radius aus dem Abstand zwischen benachbarten Atomen berechnet. Die Werte auf dieser Seite sind van-der-Waals-Radien aus PubChem: der halbe Abstand zwischen den Kernen zweier Atome desselben Elements, die sich berühren, ohne chemisch gebunden zu sein, etwa Atome in benachbarten Molekülen.

Ein Pikometer ist ein Billionstel Meter (10⁻¹² m), und 100 pm entsprechen 1 Ångström. Andere Bücher geben möglicherweise Kovalenz- oder Metallradien an, die zwischen gebundenen Atomen gemessen werden und kleiner ausfallen, vergleiche also Werte nur aus derselben Quelle. Jede Zelle zeigt den Radius in pm, und Elemente ab Fermium, für die kein Wert bekannt ist, zeigen einen Strich.

Der Trend in Perioden und Gruppen

In einer Gruppe nach unten werden Atome größer, weil jede neue Periode eine Elektronenschale weiter vom Kern entfernt hinzufügt. Die Alkalimetalle zeigen das deutlich: Lithium hat 182 pm, Natrium 227 pm und Kalium 275 pm.

In einer Periode werden Atome im Allgemeinen kleiner. Jeder Schritt nach rechts fügt dem Kern ein Proton hinzu, aber das neue Elektron geht in dieselbe Außenschale, wo es die anderen kaum abschirmt. Die stärkere effektive Kernladung zieht die gesamte Elektronenwolke nach innen, sodass Natrium mit 227 pm viel größer ist als Chlor mit 175 pm am anderen Ende von Periode 3.

Ausnahmen in diesen Daten

Van-der-Waals-Radien stammen von Kontakten zwischen Atomen in echten Feststoffen, Flüssigkeiten und Gasen, daher ist der Trend in einer Periode nicht vollkommen glatt. Bor ist als größer als Beryllium angegeben, Silicium als größer als Aluminium und jedes Edelgas als größer als das Halogen neben ihm. Auch die Werte bei den Übergangsmetallen sind unregelmäßig.

Rechenbeispiel: Natrium und Kalium

Kalium (275 pm) ist größer als Natrium (227 pm), weil sein äußeres Elektron in der vierten statt der dritten Schale sitzt, weiter vom Kern entfernt und von inneren Elektronen stärker abgeschirmt. Dieses Elektron lässt sich leichter entfernen, weshalb Kalium heftiger mit Wasser reagiert als Natrium. Derselbe Zusammenhang zeigt sich in seiner niedrigeren ersten Ionisierungsenergie: 4,341 eV im Vergleich zu 5,139 eV bei Natrium.

Atome ändern auch ihre Größe, wenn sie Ionen bilden. Positive Ionen sind kleiner als ihre Atome, weil sie Elektronen verlieren, oft eine ganze Schale, während negative Ionen größer sind, weil sich die zusätzlichen Elektronen gegenseitig abstoßen.