Raio atómico

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.

• 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.

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

${\displaystyle R=r_{0}A^{1/3}}$

Onde ${\displaystyle \scriptstyle r_{0}=(1.2\pm 0.1)\times 10^{-15}\;m}$. O raio nuclear determina a forma da distribuição angular, a partir da qual se pode então calculá-lo.^[4]

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:

${\displaystyle D_{1/4}=R_{n}+R_{\alpha }}$

Onde D_1/4 é a distância de máxima aproximação, R_n é o raio do núcleo e R _α.

O raio atômico pode ser medido empiricamente em picômetros (pm) com uma precisão aproximada de 5 pm.^[5]

Raio atômico calculado em picômetros (pm)

• Número atômico
• Massa atômica

Referências

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

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