原子半径

原子半径（原子 半径）是描述原子大小的参数之一。根据不同的尺度和测量方法，原子半径的定义是不同的，常见的有轨道半径和范德华半径（也称范式半径）共价半径金属半径等。同一个原子根据不同的定义得到的原子半径可能会有很大的不同，所以在比较不同原子的相对大小时，使用的数据来源必须一致。

原子半径

原子半径主要受三个因素影响电子层数核电荷数和最外层电子数。一般来说，电子层数越多，核电荷越小，最外层电子越多，原子半径越大。这也使得元素周期表中的原子半径具有明显的周期演化规律。

原子半径对元素的化学性质有很大的影响，因此原子半径的研究在化学的发展中具有重要的意义和价值。

影响原子半径的因素有三个：一核电荷数，核电荷越多，原子核对核外电子的吸引力越大（电子收缩到原来的原子核），原子半径越小；当电子层数相同时，其原子半径随着核电荷的增加而减小；第二个是最外层的电子数最外层电子越多，半径越大；三是电子层数（电子的层状排列与离原子核的距离和电子云之间的相互排斥有关）电子层越多，原子半径越大。当电子层结构相同时，质子数越大，半径越小。

原子半径是由上述一对矛盾因素决定的。原子半径随着核电荷的增加而减小，随着电子数和电子层数的增加而增加。当这些矛盾因素的相互作用达到平衡时，原子就有了一定的半径。

只要比较一下上述两种矛盾因素的相互作用，就不难理解了

不同原子半径的变化规律。

一．同期原子半径定律。

例如，比较钠和镁的半径。

当钠到镁的核电荷增加一个时，原子核外的每个电子增加一定的力，原子就有收缩的趋势，而原子核外的电子也增加一个电子，由于电子运动占据了一定的空间，就有增大原子半径的趋势。实验表明，钠的原子半径大于镁，说明原子半径因核电荷增加而减小，因电子增加而增大。所以相同周期元素的原子从左到右逐渐减少（稀有气体除外）

二．相邻周期元素原子半径的比较。

实验结果表明，钾原子的半径就是钠原子的半径，说明从钠到钾，原子半径增加八个电子一个电子层，原子半径减少八个核电荷。因此，同一主族元素的原子半径从上到下逐渐增大。从氖到钠，核电荷增加一个，核外电子和电子层都增加一个由此推断，钠的半径就是氖的半径，即：原子半径上的一个电子和一个电子层的增加，以及由于增加的核电荷而导致的原子半径的减少。值得注意的是，电子层数多的原子半径不一定大，比如：锂原子半径和铝原子半径。这是因为当核电荷增加到八以上时，原子核半径的减小越来越强，已经超过了增加一个电子层对半径的增加。

三．原子及其阴离子或阳离子半径的比较。

比如氯原子和氯离子半径的比较。

它们的核电荷相同，只是氯离子多了一个电子，占据了一定的空间，所以氯离子的半径就是氯原子的半径。

原子及其阳离子的半径正好与上述相反。例如：钠离子半径和钠原子半径。

四．相同电子层结构但不同核电荷的粒子半径比较。

例如钠离子镁离子氧离子和氟离子半径的比较。

由于核外电子层结构相同，显而易见，核电荷越多，核外电子的引力越大，粒子半径越小。所以它的粒子半径是：镁离子钠离子氟离子和氧离子。

通常指用实验方法测得的两个相邻原子核间距离的一半。理论上，原子核外的电子没有严格固定的轨道，所以原子的大小没有严格的边界，无法精确测量单个原子的半径，所以常用的原子半径数据只是相对的、近似的意义。根据测定方法的不同，原子半径有三种

1）共价半径：两原子之间(原子可以相同，也可以不同)当通过共价键结合时，两个原子核之间距离的一半。其实原子核之间的距离就是共价键的键长。

2）金属半径：金属晶体中两个相邻金属原子间距离的一半。

3）范式半径：范德华力吸引的相邻不同分子中两个相同原子核间距离的一半。

原子半径与以下三个方面有关

电子层数为 ，原子核内质子数为 

原子核中的质子数=核电荷数）

1.电子层越多， 的原子半径越大（适用于同主族）

2.原子核内有 个质子，所以原子核的质量更大， 对电子的束缚能力更强，但是 的原子半径更小

3.电子越多， 原子的半径就越大

对比同期 的原子半径，可以看到核内质

子数

比较同一组元素取决于电子层数

如果两种元素的周期和族不同，那么主要认为电子层 的数目与最外层电子数无关

如果假定原子是一个球体，标准原子的直径约为10-10米。

2补充特别说明：指原子相互作用有效范围的一半，即相邻原子核间距离的一半。原子半径约为10(10)m。

分类

原子没有确切的大小所谓有效尺寸，是指原子在化学运动中表现出来的原子间距，即引力和斥力的平衡距离。

根据相互作用力的不同，有以下几种有效半径：

范德华半径、金属半径、离子半径和共价半径。

相互作用力

分子间相互作用力（3356部队）

主要有：荷电基团、偶极子、诱导偶极子之间的相互作用，氢键、疏水基团的相互作用堆积和非键电子排斥等。

取向力（方向 力）

固有偶极子之间的电吸引

当极性分子相互靠近时，同极相斥，异极相吸，使分子在空间按一定的取向排列，系统处于更稳定的状态。偶极子之间的这种固有力称为取向力。其实质是静电力。

诱导力（感应 力）

感应偶极子和固有偶极子之间的电吸引

瞬时偶极子的产生引起的分子间的相互作用称为分散力

总结：定向力诱导力和分散力合称为van der Waals力。极性分子之间存在取向力、诱导力和分散力，极性分子和非极性分子之间有诱导力和分散力，非极性分子和非极性分子之间有分散力。

氢键（氢 债券）

X—H…y用于表示氢键，其中x—Hσ键的电子云偏向高电负性的X原子，导致一个被屏蔽的带正电的小氢核的出现，它被另一个高电负性的Y原子强烈吸引。

氢键的一些特点：

1）方向性：由于H原子的尺寸很小，为了减少X和Y之间的斥力，它们应该尽量远离，键角接近180°，这就是氢键的方向性

2）饱和性：由于氢原子的尺寸很小，与较大的x不同、Y接触后，另一个更大的原子很难再接近它，所以氢键中氢的配位数一般是2，这就是氢键的饱和。

范德华半径

分子间作用能E-r曲线会有最低点。这个最低点对应的距离就是平衡距离。也就是说，当分子相互靠近，引力和斥力达到平衡时，系统的能量最低。此时，分子之间保持一定的接触距离。与相邻分子接触的原子之间的距离是两个原子的范德华半径之和。范德华半径大于共价半径，变化范围也大，即守恒性差。

将原子间最近的接触距离除以2，得到金属原子半径。

元素周期表中金属原子半径的变化有一定的规律性

1.同一组元素的原子半径随着原子序数的增加而增加

2.除少数例外，同一周期内金属元素的原子半径从左到右逐渐减小，然后缓慢增大。

3.镧系收缩效应

受镧的收缩效应影响，第二长周期的同源元素半径大于第一长周期，但第三长周期和第二长周期的同源元素半径很接近，Zr和Hf、Nb和Ta、Mo和W的半径非常相似，使得它们极难分离，而Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Pt 6元素的原子半径和化学性质相似，一般称为铂族元素。

金属原子的半径与配位数有关，配位数高，半径大

当同一元素的两个电子通过共价键 连接时，它们的原子核之间的距离是1/2称为原子的共价半径（如H2、O2 )

用原子共价半径计算键长时，要考虑以下两种情况

1)异核原子间键长的计算值往往略大于实验值。

共价键长度的极性校正：Shomaker-斯蒂文森公式。

2)同一化学键对于不同的分子有其特殊性，键长也不同。例如同是C-C键，由于杂化形式的变化，当键中S轨道的组成发生变化时，C—c键长也会改变，

当存在离域∏键或其他复杂键时，键长就不能再用共价单键半径来计算了。相反，根据键长，我们可以知道键的性质。

在离子晶体中，相邻离子之间的距离等于两个离子半径之和。

离子半径的测定

Lande离子

Lande(朗德)在1920年，通过对比下表(表中括号内的数字是以后更精确的测量值)在具有NaCl型结构的化合物的晶胞参数之后，认为MgS和MgS、MgSe和MnSe的晶胞参数几乎相等，说明负离子和负离子在晶体中已经接触。他用简单的几何关系推导出S2-和Se2-的离子半径。

瓦萨斯雅那

瓦萨斯特杰纳(瓦萨斯雅那)1925年，根据离子的摩尔折射与其体积成正比的方法．划分离子的大小。获得了8个正离子和8个负离子半径．括F-133pm)和O2-下午132 )

哥希密特

戈德施密特(哥希密持)1927年，瓦萨斯特杰纳的F-和O2-根据离子晶体中离子间接触距离的数据，导出了80多种离子的半径(戈德施密特离子半径)，至今仍在通用。

Pauling

1927年，鲍林基于五块水晶(NaF、KCl、RbBr、犯罪现场调查和Li2O)根据核间距数据，用半经验方法推导出大量离子半径。因为一个离子的大小是由其最外层电子的分布决定的，而最外层电子的分布与有效核电荷成反比。

Shannon

Shanon等人根据离子的配位数、配位多面体的几何构型、根据不同条件下的接触距离，推导出离子半径。一套以O2-半径140pm，另一套是O2-从132pm的半径开始，得到了两组有效离子半径。

大小变化趋势

1) 同一个主基团，同一个电荷离子，半径从上到下递增。

李娜K Rb Cs；F-Cl-Br-I-。

2) 同一周期元素核外电子数相同的正离子，随着正电荷的增加而显著减少。

3) 对于同一元素核外各种价态的离子，电子越多，离子半径越大。

4)随着负电价的增加，核外电子数相同的 负离子对半径略有增加，但附加值不大。

5) 中镧系元素的三价正离子半径从La3减小到Lu3，这是由镧系收缩效应引起的。