原子半径

原子半径通常指原子的尺寸，并不是一个精确的物理量，并且在不同的环境下数值也不同。 一个特定的原子的半径值和所选用的原子半径的定义相关，而在不同的环境下给原子半径不同定义比统一的定义更合适。术语原子半径本身就有疑问：可能指一个自由原子的尺寸，或者可能用作原子（包括分子中的原子和自由原子）尺寸不同测量方式的一个笼统的术语。在下文中，这个术语还包括离子半径，主要是因为共价键和离子键区别不大。而原子的定义“能区分出化学元素的最小粒子”本身就比较含糊，包括了自由原子以及与其它相同或不同原子一起组成化学物的原子。除了离子半径，其他可能指代的半径值包括玻尔半径，范德华半径，共价半径和金属半径等。原子半径完全由电子决定，原子核的大小为是电子云的十万分之一。值得注意的是原子核没有固定的位置，而电子云没有固定的边界。虽然有上述的困难，目前还是有很多的测量原子（包括离子）的方法，这些方法通常基于实验测量和计算方式的结合。目前普遍认为原子像一个球体，尺寸在30–300皮米之间，在元素周期表中的原子半径变化有规律可循，从而对元素的化学特性造成影响。晶体中，没有成键而是通过范德华力结合的两原子，其核间距的一半即为范德华半径（又称范氏半径）。离子键长等于两离子半径的和。金属晶体中，相邻金属原子核间距一半即为金属半径。由玻尔原子模型推测的最低能量电子轨道的半径。原子半径在同一族内从上到下递増，在同一元素周期内从左到右递减。造成这种现在的部分原因是电子的分布不是完全自由的。原子内部的电子按照电子层排列，每个电子层只能容纳固定数量的电子。元素周期表的每个一新的周期和一个新的电子层对应，离原子核也越来越远。原子核的电荷是另一个和原子半径相关的重要因素，随着原子序数Z的增加，原子核电荷增加。原子核的电荷是正的，吸引负电子。在一个元素周期内，原子核的电荷增加，而新增加的电子在同一层里，导致电子层的半径减小（对于主族元素来说，同周期电子层数相同的原子，随着原子序数递增，后续电子填充在最外层，内层电子没有变化，内层电子对最外层电子的排斥力变化不大，反而核电荷数增加，原子核对最外层电子的吸引力增加，最外层电子运动区域离核较近，原子半径减小。），从而影响到原子半径的减小。遮蔽效应也是重要因素。内层电荷对外层电荷的排斥力，将外层电荷“向外推”。原子半径的主要三个因素可以总结如下：原子半径可通过测量固体单质的密度，计算出1 mol物质的体积，再除以阿伏伽德罗常数，便可粗略的获得原子半径。由原子的核电荷数，电子数，电子云分布状况等，给出原子半径的定义。测定原子形成各种分子或固体后的核间距。同种原子，核间距除以2，即可获得相应的原子半径；异种原子，由已知一种原子半径，可计算出另一种原子半径。 大多数书籍所附的原子半径，由此法测出。下表为传统方法测量的原子半径，单位皮米，误差为5皮米。参考： J.C. Slater, 《化学物理期刊》（J. Chem. Phys） 1964, 41, 3199.下表为通过计算得的原子半径，单位皮米。参考： E. Clementi, D.L.Raimondi, 和 W.P. Reinhardt, 《化学物理期刊》（J. Chem. Phys） 1963, 38, 2686.