La definición simple del radio Atómico se expresa como la distancia que existe entre dos átomos combinados entre sí. Pero este concepto involucra mucho más. Y es lo que veremos a continuación. 

En publicaciones anteriores hemos comentado sobre la distribución de los electrones alrededor del átomo, esto nos ha permitido tener una visión un poco más clara de lo que es y cómo podríamos imaginar su estructura, aunque, también podemos visualizar esa nube electrónica total que rodea a un núcleo atómico como algo indefinido. Es decir, como algo sin límites, sin fronteras  distinguibles. 

Esto último nos lleva a formularnos la siguiente pregunta: ¿Si lo átomos parecieroan no tener fronteras visibles o claras, cómo podemos medir los y conocer su radio Atómico?

¿Cómo podemos medir el tamaño de un átomo?

En la actualidad no es posible realizar la medición de un átomo de manera ordinaria, como si se tratase de un objeto común, como una pelota, por ejemplo. Y es que para poder realizar esta medición de requiere un enfoque indirecto. 

El tamaño de un átomo está determinado por su entorno inmediato, particularmente por su interacción con los átomos que lo rodean. 

En ese sentido, partiendo de una analogía como una caja de pelotas, donde conocemos las dimensiones de la caja, el número de pelotas que hay en ella y la ubicación de cada pelota en la caja podemos entonces determinar el diámetro de cada pelota. 

La aplicación de este razonamiento en sólidos y su densidad nos permite calcular el valor del tamaño atómico de muchos elementos. 

Sin embargo, para los elementos que no pueden ser “medidos” de esta manera se emplea otra forma que emplea las distancias observadas entre átomos combinados entre sí para determinar el radio Atómico. 

Por ejemplo,

La distancia que se mide entre los centros atómicos (núcleos) de la molécula de $Cl_2$ es de $2.00 \AA$.

Lo que sugiere que el radio Atómico de cada átomo de $Cl$ es de  $1.00\AA$.

En ese sentido podemos ahora plantear un definición más completa de lo que es el radio Atómico. 

¿Que es el ratio atómico?

El radio Atómico es el radio de un átomo, medido a partir de la combinación de dos átomos. Se trata de la mitad de la distancia entre núcleos homonucleares como se ve en la institución del $Cl_2$.

La unidad empleada para expresar el radio Atómico es el angstroms ($\AA$), que equivale a $10^-10$ metros. También se expresa en nanómetros $1nm = 10^-9 m$ o en picómetros $1pm = 10^-12 m$

Gráfica y tabla con las medidas de los radios atómicos de los elementos de la tabla periódica

Evidentemente, no es necesario que tenga que medir átomo a átomo para poder conocer su radio Atómico.

Estas medidas han sido ya realizadas, a través de pruebas experimentales en el laboratorio y bajo el uso de internet más precisos que la cinta métrica que tienes en casa.

Cada medida se encuentra disponible para cada elemento y las puedes ver a continuación en la siguiente gráfica.

Visto a través de la tabla periódica, podemos también notar unos valores más precisos. 

Las medidas están expresados en $\AA$ angstroms.

Además, esta tabla nos permite comentar la forma en como el radio atómico aumenta o disminuye según el orden en el cual están expuestos en la tabla periódica. Dando a entender que los elementos que se encuentran en ella están allí por ciertas condiciones. 

Cómo aumenta o disminuye el radio atómico en la tabla periódica

Los elementos de la tabla periódica presentan un orden que hace referencia al comportamiento y estado de los elementos. Su ubicación dentro de ella no es un arreglo aleatorio si no algo que tiene que ver, entre otras cosas, con la medida de su radio Atómico. 

Veamos. 

Lo que puedes apreciar es la estructura de la tabla periódica y la variación en tamaño del radio atómico según nos desplazamos a través de ella. 

Radio atómico en los grupos de la tabla periódica

El radio atómico de los elementos  representativos aumenta en los grupos cuando recorremos la tabla periódica de arriba hacia abajo. 

¿Por que el radio atómico aumenta en los grupos?

El radio atómico aumenta de arriba hacia abajo a medida que los electrones van ocupando capas más alejadas del núcleo. 

Radio atómico en los periodos de la tabla periódica

El radio atómico de los elementos representativos disminuye conforme recorremos un periodo de izquierda a derecha. 

¿Por que el radio atómico disminuye en los periodos?

La razón de ellos se debe al número de protones. Cada vez que agregamos un protón al núcleo y un electrón a una capa en particular el radio atómico disminuye. 

En ese sentido

El Cesio es el átomo con mayor radio atómico, ya que se encuentra en la esquina inferior izquierda de la tabla periódica y el Helio es el átomo con el radio atómico más pequeño de los elementos representativos, ya que está en la esquina superior derecha.

¿Puedes asegurarte de ello?

Variación del tamaño del radio atómico en los elementos de transición

En los elementos de transición las variaciones no son tan regulares por que los electrones van ocupando una capa interna; sin embargo, la tendencia general de disminución del radio continúa conforme vamos recorriendo los metales del bloque $d$ o de los del bloque $f$.

El radio de todos los elementos de transición es más pequeño que el de los elementos de los grupos $1A$ y $2A$ del mismo periodo periodo que les preceden. 

¿Por que el radio atómico de los elementos de transición es diferente?

Esto es porque tienen la misma cantidad de electrones $s$, pero sólo difieren en el número de electrones $d$. Estos electrones $d$ se encuentran en una capa interna (capa penúltima) y los electrones son progresivamente añadidos a este nivel, sin crear nuevos niveles.

Los electrones $d$ no son buenos para apantallar la carga nuclear, por lo que el radio atómico no cambia mucho cuando se agregan nuevos electrones.

Ejercicios de radio atómico

Ahora, cono aprendido hagamos un ejercicio simple. 

Tendencia del radio atómico

1. Ordenar los elementos en orden creciente según su radio atómico.

• Li
• Cs
• Kr
• C

El litio y el Cesio son metales del grupo $1A$

El carbono pertenece al grupo $4A$

Kriptón al grupo $8A$

Considerando que el radio disminuye en los grupos de izquierda a derecha y aumenta de los periodos de arriba hacia abajo, tenemos en orden creciente el siguiente arreglo. 

Kr<C<Li<Cs

Cómo es en orden creciente empezamos plrel de menor radio y terminamos en el átomo con mayor radio atómico. 

Ahora debes resolver el siguiente ejercicio:

1. Ordenar los elementos en orden creciente según su radio atómico.

• W
• Te
• H
• Xe

Hablemos ahora de otros aspectos ligados al tema del radio atómico. 

Esto nos permitirá tener un mayor control del capítulo que estamos estudiando do a continuación. 

¿Qué es el efecto pantalla?

Es el efecto generado por los electrones de las capas internas de un átomo que “protege” a los electrones de las capas más externas de ser atraídos al núcleo. 

Esto nos permite hablar de un concepto que ya hemos mencionado y es fundamental para la dimensión del  radio de un átomo y es la carga nuclear.

La carga nuclear efectiva  $Z_ef$ que experimenta un electrón de una capa más externa es menor que la carga nuclear real, $Z$, lo cual se debe a que la atracción de los electrones de la capa más externa queda compensada en forma parcial por la repulsión entre los electrones de la capa más externa y los electrones de las capas internas. 

Es decir, que el conjunto de electrones de una capa cercana al núcleo “impide” el acercamiento de los electrones de la capa siguiente más externa. 

Esto nos ofrece una visual de la acción generada por el efecto pantalla. 

La importancia de este concepto radica en la dimensión que adquiere el átomo y evidentemente el radio atómico. Ya que mientras más alejado esté el electrón del núcleo mayor será su radio atómico. 

El tamaño de los elementos de cada columna de la tabla periódica guarda una relación similar y demuestra que la distribución los átomos en ella, está asociada, entre otros aspectos, a la dimensión de su radio.

Bien, comprendido esto puedo ahora hacerte una pregunta.

¿Que será más fácil en un átomo, quitar un electrón de una capa interna o un electrón de la capa más externa?

La respuesta a esto la tendremos al conocer la energía de ionización.

¿Que es la energía de ionización?

Se conoce también como primer potencial de ionización. 

La energía de ionización es la cantidad mínima de energía necesaria para separar un electrón de un átomo. 

Esta separación ocurre sobre los electrones menos fuertemente unido a un átomo gaseoso aislado para formar un ión de carga $1+$.

Generalidades de la energía de ionización

• La energía de ionización se representa como $EI_n$
• El valor $n$ expresa el ciclo empleado. Es decir, inicialmente tenemos $EI_1$ y si es necesario aplicar un segundo ciclo de energía de ionización este lo representamos como $EI_2$
• La cantidad de energía usada con cada potencial de ionización es mayor a la anterior. Considerando el punto anterior diríamos que $EI_2$>$EI_1$. Es más difícil separar un electrón con carga negativa de un ión con carga positiva que del correspondiente átomo neutro. 
• Con la energía de ionización se mide que tan unidos están los electrones en los átomos.
• La ionización requiere energía para liberar liberar a un electrón de la fuerza de atracción al núcleo. 
• La baja energía de ionización indica la remoción fácil de electrones y por tanto la formación fácil de cationes. 
• En la tabla periódica el orden de los átomos se encuentra también asociado a la energía de ionización.
• La energía de ionización en la tabla periódica aumento de izquierda a derecha y disminuye de arriba hacia abajo. 
• Existen excepciones al recorrido y estos están en los grupos $3A$ y $6A$
• La primera $EI$ de los elementos del grupo $3A$ no sigue la tendencia horizontal general. Esta es más baja que los elementos del grupo $2A$ de los mismo periodos. Debido a que los elementos del grupo $3A$ solo tienen un electrón en el orbital $p$ más externo. Y se requiere menos energía para eliminar el primer electrón $p$ que el segundo electrón $s$ de la capa más externa porque el orbital $p$ tiene mayor energía que un orbital $s$ de la misma capa. 
• A mayor radio atómico menor energía de ionización. 
• Debido a la gran energía que se requiere, no se forman cationes monoatómicos sencillos con carga mayor de $3+$ en condiciones ordinarias.

En resumen cona energía de ionización, tenemos que los elementos con baja $EI$ pierden electrones con facilidad. El radio de un átomo indica si requiere mayor energía de ionización (radio atómico pequeño) menor energía de ionización (radio atómico más grande).

Energía de ionización en los grupos $3A$ y $5A$ 

Existen excepciones en dos grupos de la tabla periódica respecto a su energía de ionización. 

La razón de ello se debe a que los electrones van ocupando uno a uno los orbitales separados $np$, donde no se protegen entre sí en forma significativa. 

El incremento en la $EI_1$ de izquierda a derecha se ve interrumpido por una inflexión entre los elementos del grupo $5A$ y $6A$. Es probable que este comportamiento se deba a que el cuarto electrón $np$ de los elementos del grupo $6A$ esté apareado con otro electrón del mismo orbital, pudiendo experimentar una mayor repulsión que la que tendría si ocupará un orbital por sí solo. 

Este incremento de la repulsión supera el incremento de la carga nuclear efectiva y por consiguiente el cuarto electrón $np$ de una capa más externa (elementos del grupo $6A$) es más fácil de remover (requiere menor cantidad de energía de ionización) que el tercer electrón $np$ de una capa más externa (elementos del grupo $5A$)$ 

Luego de la inflexión entre los grupos $5A$ y $6A$, la importancia del incremento de la $Z_ef$ supera la repulsión de los electrones que necesitan estar apareados, y se restablece el incremento general de la primera energía de ionización, de izquierda a derecha.

¿Por qué es importante conocer la energía de ionización de los átomos?

Conocer lo valores relativos de la energía de ionización nos permite predecir si es probable que un elemento forme compuestos iónicos o moleculares, es decir, covalentes.

• Los elementos con baja energía de ionización forman compuestos iónicos por pérdida de electrones. 
• Los elementos un nivel de energía de ionización intermedia forman compuestos moleculares al compartir electrones con otros elementos. 
• Los elementos con energía de ionización alta, como lo del grupo $6A$ y $7A$ suelen ganar electrones para formar aniones, elementos con carga negativa y configuración electrónica cerrada, gases nobles. 

Afinidad electrónica

La afinidad electrónica es un término preciso y cuantitativo como la energía de ionización, pero esta es más difícil medirla. 

¿Que es la afinidad electrónica y como se representa?

La afinidad electrónica se conoce como la cantidad de energía que se absorbe cuando se añade un electrón a un átomo gaseoso aislado para formar un ión de carga negativa. Ión $1^-$.

Se representa como $AE$.

La convención de la afinidad electrónica concuerda con la convención de la termodinámica. 

La convención es asignar un valor positivo cuando se absorbe energía y valle negativo cuando se libera y casi todos los elementos no tienen afinidad por un electrón adicional, por tanto, su afinidad electrónica es igual a cero. 

La $AE$ comprende la adición de un electrón a un átomo gaseoso neutro.

Los elementos con afinidad electrónica muy negativa ganan electrones con facilidad, formando aniones.

Representación de la afinidad electrónica en la tabla periódica

Así como lo hemos visto en el radio atómico y en la energía de ionización. La representación de los elementos en la tabla periódica puede  también estar asociada a la afinidad electrónica. 

En ese sentido, podemos saber cuáles elementos de ellas tienen mayor afinidad electrónica y cuál tiene menos. 

Variaciones en la afinidad electrónica

Por muchas razones, el valor de la afinidad electrónica varía en forma irregular a través de un periodo.

La tendencia general es:

La afinidad electrónica de los elementos se vuelve más negativa de izquierda a derecha en un periodo. Los elementos del grupo $2A$ y $5A$ son excepciones notables, cuyos valores son menos negativos que los que sugiere la tendencia.

¿La razón?

Es muy difícil agregar un electrón a un átomo en los metales $2A$ por que su subcapa más externa $s$ está llena.

Los valores de los elementos del grupo $5A$ don poco menos negativos de lo esperado por que el electrón que se agrega va a un conjunto semilleno de orbitales $np$, lo cual implica un apareamiento.

La adición de un segundo electrón a un anión $1^-$ para formar un ión con carga $2^-$ siempre es endotérmica ; por tanto, la afinidad electrónica de los aniones siempre es positiva. 

Radio iónico

Otro aspecto fundamental que involucra el tema de la periodicidad química es el radio iónico. 

Visto de una forma simple, podemos decir que el radio iónico es el radio de un ión. Lo cual tiene sentido según la descripción que tiene. Pero esto involucra mucho. 

Nos permite hacer un contraste el radio atómico del elemento en fase neutra. 

Veamos. 

¿Que es el radio iónico?

Tal y como lo expresamos anteriormente, el radio iónico es la distancia que existe entre en el centro de un elemento y su parte más externa. Podemos usar el mismo concepto del radio atómico pero con matices. 

Es el radio de un ión. 

¿Que diferencia hay entre el radio atómico y el radio iónico?

La diferencia es mucha y notable en este caso. El radio atómico se refiere al radio de un elemento neutro, mientras que el radio iónico a un elemento con carga negativa o positiva. 

Esta carga ejerce un influencia importante en el elemento que hace que su radio se reduzca o se extienda. 

Veamos un ejemplo:

Un átomo neutro de litio, $Li$, posee tres neutrones en su núcleo y tres electrones en su nube electrónica. Este tiene un electrón en su capa más externa $2s$; sin embargo, un ión de litio, $Li^+$ tiene tres protones en su núcleo y dos electrones en su nube electrónica, estos, que electrones están en el orbital $1s$.

En consecuencia, el ión de $Li$ tiene un radio más pequeño que el átomo neutro del $Li$.

Los iones que forman los elementos del grupo $2A$ son significativamente más pequeños que los iones isoelectrónicos que forman los elementos del grupo $1A$ del mismo periodo.

El radio del ión de litio $Li^+$ , mucho más pequeño que el del ión berilio, $Be^2+$. Un ión de berilio $Be^2+$ se forma cuando un átomo neutro de berilio pierde sus dos electrones $2a$ mientras que la carga nuclear  $4+$ se mantiene constante. En ese sentido, es lógico saber que la carga nuclear $4+$ del $Be^2+$ atraiga con más fuerza a los electrones restantes haciendo que el radio disminuye. 

Los iones de los metales del grupo $3A$ ($Al^3+$, $Ga^3+$, $In^3+$, $Tl^3+$) deben ser más pequeños que los iones de los elementos del grupo $1A$ y $2A$ en los mismos periodos. 

Ahora, si comparamos el tamaño de un átomo neutro de oxígeno, $O$, con el del ión óxido, $O^-2$, encontramos que el ión de carga negativa es más pequeño que el átomo neutro.

Iones de los metales 

Existen otros aspectos fundamentales que mejoran la comprensión de los estamos diciendo y que describiremos a continuación. Son unas reglas. 

1. Las especies isoelectrónicas tienen igual número de electrones.
2. Los iones, sencillos con carga positiva siempre son más pequeños que los átomos metros de los que provienen. 
3. Los iones más sencillos con carga negativa son más grandes que los átomos neutros de los que provienen. 
4. El tamaño de un camión o anión aumenta al descender por un grupo. 
5. En una serie isoelectrónica, los radios disminuyen con el incremento del número atómico, a causa de un aumento en la carga nuclear. 

Tamaño de los iones de los elementos representativos de los grupos $a$, comparado con los átomos covalentes neutros. 

Para finalizar este tema, vamos hablar brevemente de otro que es también significativo para efectos de un comprensión plena sobre la periodicidad química y que tiene mucho que ver con el radio atómico. 

Electronegatividad

La electronegatividad ($EN$) de un elemento es una medida de la tendencia relativa de un átomo a atraer electrones hacia sí mismo, cuando está combinado con otro otro átomo. 

A mayor electronegatividad menor es el radio atómico. 

Los elementos con valores altos de $EN$ no metales suelen ganar electrones para formar aniones, y los elementos con valores bajos de electronegatividad (metales) suelen perder electrones para formar cationes. 

¿Como se expresa la electronegatividad de los elementos?

Se expresa en una escala poco arbitraria, llamada escala de Pauling.

¿Cómo puede interpretarse la electronegatividad?

La electronegatividad del flúor (4.0) es la más grande de todos los elementos, lo cual indica que el flúor está unido químicamente a otros elementos, tiene la mayor tendencia a atraer la densidad electrónica hacia sí mismo que cualquier otro elemento, disminuyendo así su radio atómico. 

Variación de la electronegatividad de los elementos según su posición en la tabla periódica

Podemos utilizar la electronegatividad con confianza para hacer predicciones respecto al enlace químico. 

Dos elementos con electronegatividades muy distintas (metal y no metal) tienden a reaccionar entre sí para formar compuestos iónicos, y el elemento menos electronegativo le cede su o sus electrones al elemento más electronegativo.

Dos elementos no metales con $EN$ semejante tienden a formar enlaces covalentes entre sí.  Comparten sus electrones. Aún así, el elemento con mayor electronegatividad, por más mínima que sea, tiende a atraer los electrones hacia sí mismo. 

Tabla con los valores de la electronegatividad de los elementos de la tabla periódica

Resúmen sobre el radio atómico

El radio atómico de un elemento es la distancia que hay entre su centro su parte más externa. 

En ello influyen aspectos como la energía de ionización, la afinidad electrónica y la electronegatividad. Estas alteran la dimensión del radio atómico, según la naturaleza del elemento. 

En la tabla periódica encontramos un orden que sigue este patrón y que puedes ver a continuación. 

Hasta que el tema, por lo demás sólo me queda desearte mucho éxito en tu examen. Nos vemos en los comentarios y en clase.