Rayon atomique - Définition et Explications

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Introduction

Le rayon atomique d'un élément chimique est une mesure de la taille de ses atomes, d'habitude la distance moyenne entre le noyau et la frontière du nuage électronique qui l'entoure. Comme cette frontière n'est pas une entité physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la...) bien définie, il y a plusieurs définitions non équivalentes du rayon atomique (Le rayon atomique d'un élément chimique est une mesure de la taille de ses atomes,...).

Selon la définition (Une définition est un discours qui dit ce qu'est une chose ou ce que signifie un nom. D'où la...), le terme peut s'appliquer seulement sur des atomes isolés, ou aussi sur des atomes dans de la matière (La matière est la substance qui compose tout corps ayant une réalité tangible. Ses...) condensée, une liaison covalente dans une molécule (Une molécule est un assemblage chimique électriquement neutre d'au moins deux atomes, qui...) ou dans des états ionisés et excités. Sa valeur peut être obtenue par des mesures expérimentales ou calculés à partir de modèles théoriques. Avec certaines définitions, la valeur du rayon atomique peut dépendre de l'état atomique et de son environnement (L'environnement est tout ce qui nous entoure. C'est l'ensemble des éléments naturels et...)

Les atomes peuvent souvent être modélisés comme étant des sphères. C'est une approximation (Une approximation est une représentation grossière c'est-à-dire manquant de...) un peu grossière, mais qui peut fournir des explications et des prédictions pour de nombreux phénomènes comme la densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la...) des fluides et des solides, la diffusion (Dans le langage courant, le terme diffusion fait référence à une notion de...) de fluides dans un tamis moléculaire, l'arrangement (La notion d'arrangement est utilisée en probabilités, et notamment pour les...) d'atomes et d'ions dans les cristaux et la taille et forme des molécules.

Néanmoins le concept de rayon atomique est difficile à définir parce que les électrons n'ont pas d'orbite (En mécanique céleste, une orbite est la trajectoire que dessine dans l'espace un corps...) bien définie, ni de taille précise. Leur position doit ainsi être décrite à l'aide de probabilités de distribution qui diminuent graduellement en s'éloignant du noyau, sans s'annuler de manière brusque. De plus dans la matière condensée et les molécules, les nuages électroniques des atomes se chevauchent souvent et certains électrons peuvent être délocalisées sur deux atomes ou plus.
Malgré ces difficultés conceptuelles, la plupart des définitions, pour des atomes isolés, donnent un rayon compris entre 30 et 300 pm (de 0.3 à 3 angströms) Le rayon atomique est donc 10000 fois plus grand que le noyau atomique (Le noyau atomique désigne la région située au centre d'un atome constituée de protons et de...) mais inférieur à un millième de la longueur (La longueur d’un objet est la distance entre ses deux extrémités les plus...) d'onde (Une onde est la propagation d'une perturbation produisant sur son passage une variation...) du visible.
Les rayons atomiques varient de manière prévisible lorsqu'on se déplace dans le tableau (Tableau peut avoir plusieurs sens suivant le contexte employé :) périodique. Par exemple, les rayons diminuent en général le long d'une période (rangée) de la table depuis les alcalins jusqu'aux gaz (Un gaz est un ensemble d'atomes ou de molécules très faiblement liés et...) nobles; et augmentent lorsqu'on descend une colonne.

Définitions et méthodes de calcul du rayon atomique

Dans un solide

On définit le rayon atomique comme la moitié de la distance qui sépare les noyaux de deux atomes contigus dans un solide ou dans une molécule. La formule pour déterminer le rayon atomique est :

 r = \frac {n^2}{Z_{eff}} \cdot a_{0}

n est le nombre quantique (Un nombre quantique est, en mécanique quantique, un élément d'un jeu de nombres permettant de...) principal de la couche de valence (  Ne pas confondre couche de valence et valence), Zeff désigne la charge (La charge utile (payload en anglais ; la charge payante) représente ce qui est effectivement...) effective du noyau et a0 le rayon de l’atome de Bohr qui sert ici de référence pour le calcul et qui équivaut à 0,0529 nm.

Dans des atomes impliqués dans une liaison chimique (La liaison chimique est le phénomène physique qui lie les atomes entre eux en...)

Si une liaison covalente est formée entre deux non-métaux, il sera question d’un type spécifique de rayon atomique nommé rayon covalent. Si une liaison métallique (La liaison métallique est un type de liaison chimique, la liaison qui permet la cohésion des...) est formée entre deux métaux, il sera question d’un type spécifique de rayon atomique nommé rayon métallique.

Cette longueur, mesurée à l'aide d'un diffractomètre (Le diffractomètre est un appareil permettant de mesurer la diffraction d'un rayonnement sur...) à rayons X, permet de déterminer de manière approximative la taille d'un atome (Un atome (du grec ατομος, atomos, « que l'on ne peut...), même si les nuages d'électrons des deux atomes se mélangent.

Évolutions au sein du tableau périodique

Dans un tableau périodique, plus on va vers la droite sur une même période, plus le rayon atomique est petit. Cette propriété périodique est directement reliée à l’augmentation de la charge effective car, lors du déplacement ( En géométrie, un déplacement est une similitude qui conserve les distances et les angles...) de gauche vers la droite sur une période, le nombre (La notion de nombre en linguistique est traitée à l’article « Nombre...) de protons et d’électrons de valence augmentent, mais l’effet d’écran causé par les électrons internes reste sensiblement le même. Cette croissance traduit une augmentation de l’attraction entre le noyau et les électrons de valence et donc à une diminution de la distance entre les noyaux des deux atomes.

Plus on va vers le bas sur une même colonne, plus le rayon atomique est grand. L’explication de cette tendance périodique est relativement simple : le nombre quantique principal n, porté au carré (Un carré est un polygone régulier à quatre côtés. Cela signifie que ses...), augmente plus rapidement que Zeff dans la formule du rayon atomique. En termes physiques, ceci signifie que de haut en bas dans une famille, le nombre de protons et le nombre d’électrons internes augmentent, mais le nombre d’électrons de valence reste constant. L’effet d’écran est donc de plus en plus important et les électrons de valences sont moins fortement retenus par le noyau. L’augmentation du rayon atomique est alors causée par une « dilatation du nuage (Un nuage est une grande quantité de gouttelettes d’eau (ou de cristaux de glace) en...) électronique ».

Le tableau suivant donne les valeurs en Ångström (Un ångström ou angström (symbole Å) est une unité de mesure en physique atomique qui...) publiées par J. C. Slater , avec une approximation de 0.12 Å :

H
0,25
He
Li
1,45
Be
1,05
B
0,85
C
0,7
N
0,65
O
0,6
F
0,5
Ne
Na
1,8
Mg
1,5
Al
1,25
Si
1,1
P
1
S
1
Cl
1
Ar
K
2,2
Ca
1,8
Sc
1,6
Ti
1,4
V
1,35
Cr
1,4
Mn
1,4
Fe
1,4
Co
1,35
Ni
1,35
Cu
1,35
Zn
1,35
Ga
1,3
Ge
1,25
As
1,15
Se
1,15
Br
1,15
Kr
Rb
2,35
Sr
2
Y
1,8
Zr
1,55
Nb
1,45
Mo
1,45
Tc
1,35
Ru
1,3
Rh
1,35
Pd
1,4
Ag
1,6
Cd
1,55
In
1,55
Sn
1,45
Sb
1,45
Te
1,4
I
1,4
Xe
Cs
2,6
Ba
2,15
*
Hf
1,55
Ta
1,45
W
1,35
Re
1,35
Os
1,3
Ir
1,35
Pt
1,35
Au
1,35
Hg
1,5
Tl
1,9
Pb
1,8
Bi
1,6
Po
1,9
At Rn
Fr Ra
2,15
**
Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Uut Uuq Uup Uuh Uus Uuo
*
La
1,95
Ce
1,85
Pr
1,85
Nd
1,85
Pm
1,85
Sm
1,85
Eu
1,85
Gd
1,8
Tb
1,75
Dy
1,75
Ho
1,75
Er
1,75
Tm
1,75
Yb
1,75
Lu
1,75
**
Ac
1,95
Th
1,8
Pa
1,8
U
1,75
Np
1,75
Pu
1,75
Am
1,75
Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Page générée en 0.184 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
Ce site est édité par Techno-Science.net - A propos - Informations légales
Partenaire: HD-Numérique