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Le rayon atomique et le rayon ionique sont deux concepts similaires mais pas identiques. Les deux sont des mesures de la taille réelle des atomes et des ions, respectivement. Un même élément peut avoir à la fois un rayon atomique et un rayon ionique, et peut même en avoir plusieurs, selon les différentes valences qu’il peut prendre dans les différents composés chimiques qu’il forme.
Ensuite, nous verrons à quoi ces deux concepts se réfèrent et en quoi ils diffèrent l’un de l’autre.
Qu’est-ce que le rayon atomique ?
Le rayon atomique est une propriété des éléments chimiques qui est définie comme la moitié de la distance moyenne entre les noyaux de deux atomes identiques liés ensemble .
C’est un concept qui nous donne une idée de la taille des atomes dans leur état élémentaire. Cependant, il faut veiller à ne pas interpréter le rayon atomique comme une preuve que les atomes sont des sphères ayant un rayon défini. En effet, les atomes sont constitués d’un noyau entouré d’un nuage d’électrons et ce nuage est généralement tout sauf sphérique ; il n’a pas non plus de limites nettes comme le suggèrent la plupart des illustrations montrant une représentation du rayon atomique.
Cela dit, il ne fait aucun doute que certains atomes sont plus gros que d’autres et la notion de rayon atomique est très utile pour se faire une idée de ceux qui sont plus gros et de ceux qui sont plus petits.
Comment le rayon atomique est-il déterminé ?
Le rayon atomique peut être obtenu à partir de la structure cristalline des éléments à l’état solide. À son tour, la structure cristalline peut être obtenue par la technique de diffraction des rayons X, des neutrons ou des électrons, une technique grâce à laquelle nous pouvons trouver comment les atomes sont emballés dans la cellule unitaire du cristal et quelles sont les dimensions de ladite cellule. Une fois que la structure est résolue et que les positions de tous les atomes dans la cellule unitaire sont connues, le rayon atomique est calculé comme la moitié de la distance entre les noyaux de deux atomes adjacents.
Facteurs affectant le rayon atomique
De nombreux facteurs affectent le rayon atomique et donnent lieu à la variation périodique de cette propriété. Le facteur le plus important est la charge nucléaire effective, qui n’est rien de plus que la charge électrique réelle ressentie par les électrons les plus externes en raison du blindage des électrons les plus internes.
Étant donné que lorsque nous nous déplaçons de gauche à droite à travers une période du tableau périodique, la charge nucléaire effective augmente, les électrons de valence sont plus attirés par le noyau, de sorte que le nuage d’électrons le plus externe devient plus petit. La conséquence en est que le rayon atomique diminue.
D’autre part, à mesure que nous descendons d’un groupe dans le tableau, nous passons d’un niveau d’énergie à un niveau supérieur, de sorte que la distance moyenne entre les électrons et le noyau augmente. Par conséquent, le rayon atomique augmente de haut en bas.
Qu’est-ce que le rayon ionique ?
Le rayon ionique est défini de manière similaire au rayon atomique, sauf que dans ce cas, il s’agit de la distance entre les noyaux de deux ions monoatomiques, un cation et un anion. Le rayon ionique est la distance entre le noyau d’un ion et ses électrons les plus externes, c’est-à-dire ses électrons de valence . Contrairement au rayon atomique, le rayon ionique ne peut pas être calculé comme la moitié de la distance entre deux ions dans un cristal, car les ions de même charge ne se lient pas les uns aux autres mais avec des ions de charge opposée. Cependant, la distance totale entre les noyaux de deux contre-ions est la somme des deux rayons ioniques.
Comment le rayon ionique est-il déterminé ?
Le rayon ionique est déterminé de la même manière que les rayons atomiques, c’est-à-dire par la forme et les dimensions de la structure cristalline des solides ioniques. À son tour, cette structure peut être obtenue grâce à des techniques telles que la diffraction des rayons X, la diffraction des neutrons et la diffraction des électrons, pour n’en nommer que quelques-unes. Cependant, comme il n’existe aucun moyen direct de déterminer le rayon d’un ion isolé particulier, la meilleure chose à faire est d’estimer le rayon ionique de l’un et de trouver par comparaison ceux des autres ions auxquels il est associé.
Le rayon ionique est plus variable que le rayon atomique, car la nature de la liaison ionique varie en fonction des atomes liés. De plus, la liaison ionique n’est jamais ionique à 100% et a toujours un caractère covalent variable, ce qui fait varier le rayon ionique d’un composé à l’autre. Ainsi, lorsque la valeur du rayon ionique d’un certain ion est rapportée, il s’agit en fait d’une moyenne parmi un grand nombre de déterminations expérimentales, c’est pourquoi les rayons ioniques s’additionnent rarement aux dimensions réelles de la cellule cristalline.
Facteurs affectant le rayon ionique
En plus d’être également influencé par la charge nucléaire effective ressentie par les électrons de valence, le facteur le plus déterminant du rayon ionique d’un élément est la charge de l’ion.
Les anions, c’est-à-dire les ions qui ont un excès d’électrons et donc une charge nette négative, ont généralement un rayon ionique plus grand que les cations avec un nombre similaire d’électrons. De plus, plus la charge portée par l’ion est grande, plus le rayon ionique est grand pour un même élément.
D’autre part, les ions chargés positivement, c’est-à-dire les cations, sont formés par la perte d’électrons de l’élément neutre. Cela réduit la répulsion entre les électrons et augmente la charge nucléaire effective, de sorte que le nuage d’électrons se contracte, donnant naissance à un ion plus petit. Plus la charge de l’ion est élevée, plus le nuage d’électrons peut se contracter, donc plus le rayon ionique est petit.
Résumé des différences entre le rayon atomique et le rayon ionique
Le tableau suivant résume les différences les plus importantes entre les rayons atomiques et ioniques en fonction de différents critères :
| Critère | radio atomique | rayon ionique |
| Définition | La moitié de la distance moyenne entre deux noyaux atomiques liés dans un élément pur. | La distance moyenne entre le noyau d’un ion et ses électrons les plus externes ou de valence. |
| Ça sert à | Estimer la taille des atomes. | Estimez la taille des ions. |
| Espèces auxquelles il s’applique | Atomes neutres. | Ions à la fois positifs et négatifs et de charges différentes. |
| Détermination | Grâce aux techniques de diffraction. Elle est calculée comme la moitié de la distance entre deux noyaux liés. | Grâce aux techniques de diffraction. Le rayon d’un ion est estimé et sur cette base tous les autres sont déterminés par comparaison. |
| Précision | Il peut être déterminé avec une bonne précision. | Il ne peut pas être déterminé avec une bonne précision. Elle ne peut être qu’estimée. |
| tendance périodique | Il diminue sur une période et augmente sur un groupe. | Elle diminue avec une charge positive et augmente avec une charge négative. Entre les ions isoélectroniques, il diminue avec le numéro atomique. |
| Variabilité | C’est une valeur essentiellement fixe pour chaque élément. | Elle varie pour un même ion en fonction du contre-ion auquel il est lié dans le composé ionique. |
Les références
En ligneChang, R. (2002). Chimie physique (1ère éd .). ÉDUCATION DE MCGRAW HILL.
Chang, R. (2021). Chimie (11e éd .). ÉDUCATION DE MCGRAW HILL.
Educaplus.org. (2021). Propriétés des éléments . http://www.educaplus.org/elementos-quimicos/propiedades/radio-atomico.html
Rayon atomique et rayon ionique . (sd). Chimie pure. https://es-puraquimica.weebly.com/radios-atomico-e-ionico.html
Terme – Rayon ionique . (sd). EHU.EUS. http://www.ehu.eus/imacris/PIE05/web/terminos/RadioIonico.htm
