影响原子共价半径大小的因素,也影响着原子金属半径的大小。但原子的金属半径还收其核外电子排布情况的直接影响。它主要有两方面的体现:
最为显著的是,该原子能参与形成金属键的价电子数目的多少。价电子越多,形成的金属键就越强,将原子裹挟的更紧,原子半径就会显著地缩小。这在每个周期开始的两个金属元素上体现的最为明显。
如,第二周期ⅠΑ族的Li(金属半径为152 pm)和ⅡΑΒ族的Be(112),两者相差竟达40 pm之多;第三周期ⅠΑ族的Na(金属半径为186)和ⅡΑΒ族的Mg(160),两者相差有26 pm;第四周期的相应差值为34 pm;第五周期的是29 pm;第六周期更是攀升到45 pm。在这5处,都是原子序数增加1,金属半径平均减少了差不多35 pm。这就是价电子数由1变为2,金属键理论成键能力增加一倍所造成的结果。
另一因素就是原子电子构型的影响。这在镧系元素中有很典型的体现。镧系元素的金属半径与原子的电子构型有如下的表一所示[4]:
可见。在镧系金属半径极为缓慢地减小过程中,只有两个元素非常特殊。一个是63号元素Eu,与其前后相邻的原子比较,半径均偏大了24 pm;另一个则是70号元素Yb,它较其前面原子的半径还偏大了19 pm。仔细查看一下它们的电子构型不难发现,这两处偏大都是原子处于4f为半充满(成4f7)、或全充满(成4f14)的不易成键状态,这就使其价电子只有2个(其余元素的原子都还有f电子参与成键)。由此也可以看出4f对金属键的形成是有作用的。
对某一原子来说,其共价半径一般都要远小于其金属半径。这一现象可以用原子在键合时,原子轨道会发生更多的相互重叠来解释。
如处于s区Li的金属半径为152pm,共价半径是123pm,小了29 pm;处于d区Fe的金属半径为126 pm,共价半径是116 pm,小了10 pm;处于ds区Ag的金属半径为144pm,共价半径是134 pm,小了10 pm;处于p区Pb的金属半径为175pm,共价半径是154 pm,小了21 pm。从这些数据,看不出原子金属半径与共价半径间,有什么固定地联系。
尽管原子金属半径都是实测值,有很高的可信度。但它仅适用于有金属键存在的场合。加之其变化幅度要更大,能影响它的因素也多,对非金属元素来说还没有能与其对应的数据,所以在分析原子半径变化规律时,一