Door Kevin Beck | Bijgewerkt op 24 maart 2022

Atomen zijn de kleinste eenheden van materie die de identiteit van een element behouden. Hoewel een steen van één pond goud kan worden onderverdeeld in steeds kleinere fragmenten, is het uiteindelijke bestanddeel het goudatoom zelf – een entiteit die zowel onmetelijk klein is als opmerkelijk goed begrepen.

Waaruit een atoom bestaat

Elk atoom bevat minstens één proton in zijn kern; het aantal protonen, of het atoomnummer, identificeert het element op unieke wijze. In een neutraal atoom het aantal elektronen is gelijk aan het aantal protonen, en de meeste elementen bevatten ook neutronen:neutrale deeltjes die massa toevoegen zonder de lading te veranderen. Varianten met verschillende neutronenaantallen staan bekend als isotopen .

Protonen en neutronen vormen een compacte kern, terwijl elektronen omringende orbitalen bezetten die vele malen verder van de kern verwijderd zijn dan de kern zelf.

Krachten die de atomaire grootte bepalen

De atoomstraal wordt gedefinieerd als de afstand van het centrum van de kern tot de buitenste elektronenorbitaal. Deze straal wordt grotendeels bepaald door de balans tussen de nucleaire lading (die elektronen naar binnen trekt) en de elektron-elektronenafstoting die ze naar buiten duwt.

Over een bepaalde periode, naarmate het atoomnummer stijgt, vergroten de toegevoegde protonen de nucleaire aantrekkingskracht. Omdat elektronen aan dezelfde schil worden toegevoegd, krimpt de straal doorgaans totdat een edelgas wordt bereikt. Wanneer de volgende periode begint, wordt een nieuwe elektronenschil geïntroduceerd, waardoor de straal plotseling toeneemt, gevolgd door weer een geleidelijke afname naarmate de periode vordert.

De grootte van de atoomkern

In tegenstelling tot de buitenstraal is de kern uniform klein:ongeveer 1×10⁻¹⁵m in diameter voor alle elementen. Daarentegen zou het buitenste elektron in een typisch atoom zich ongeveer 100 meter van de kern bevinden als het atoom zou worden vergroot tot de grootte van een voetbalstadion.

Atoomstralen schatten

Hoewel er geen enkele formule bestaat die op elk atoom van toepassing is, schatten scheikundigen vaak covalente stralen door de afstand tussen kernen in een gebonden molecuul te meten en die waarde te halveren. Als calcium bijvoorbeeld een bekende straal van 178 pm heeft en de Ca-Se-bindingslengte in calciumselenide 278 pm is, kan de straal van selenium geschat worden op 220 pm.

Atoomstraal door het periodiek systeem

Het volgende diagram (zie IUPAC ) geeft geschatte stralen weer voor de eerste 86 elementen, variërend van ongeveer 40 pm voor waterstof tot 240 pm voor cesium.

Door deze dimensies te begrijpen, kunnen wetenschappers chemisch gedrag voorspellen, nieuwe materialen ontwerpen en de fysische eigenschappen van materie verklaren.