原子半径
化学元素の原子半径 (データ)(英語版)
化学結合
共有結合半径
結合長
立体障害
運動論的直径(英語版)
ランタン(Z = 57)からイッテルビウム(Z = 70)の間で徐々に電子が充填される4f軌道の電子は、最外殻の電子と核電荷の間の引力を遮蔽する効果が際立って低く、その外側の電子は核から強い引力を受ける。このため原子番号順でランタノイドの直後にあたる第6周期のDブロック元素の原子半径は予想よりも小さく、同じ族のすぐ上の周期の元素の原子半径とほぼ同じである。したがって、ルテチウムは実際にはイットリウムよりわずかに小さく、ハフニウムはジルコニウムとほぼ同じ原子半径であり、タンタルはニオブと同様の原子半径である。
ランタノイド収縮について、次の5つの観察結果が得られている。
ランタノイドイオン(Ln)のイオン半径は以下の順序で規則的に減少する。La >Ce > ...、...> Lu。
ファヤンスの規則によれば、イオンのサイズが小さくなるにつれてイオン結合の共有結合特性が増加する。従ってLn(OH)3におけるLnとOHイオンの間の塩基的特性が減少する。具体例としてYb(OH)3やLu(OH)3が高温高濃度のNaOHに溶解しにくくなる。
原子番号の増加と共に、還元剤として作用する傾向は規則的に減少する。
dブロック遷移元素の2行目と3行目は、非常に近い性質を持つ。
その結果、それらの元素は天然鉱物中に混在しやすく、単離することが困難である。
主要な原子半径の定義を以下に示す。
ファンデルワールス半径:最も単純な定義では、(共有結合や金属相互作用によって束縛されていない)元素単体の結晶における原子核間の最小距離の半分である。ファンデルワールス半径は、ファンデルワールス力よりも他の相互作用が支配的な元素(金属など)に対しても定義できる。ファンデルワールス力は量子ゆらぎによる原子内の分極に由来するため、より簡単に測定・計算可能な分極率を元にファンデルワールス半径を間接的に定義する研究も行われている。
イオン半径:特定のイオン化状態にある元素から構成されるイオン結晶中の原子間距離から推定される原子半径。隣接する正と負に荷電したイオンの間の距離(イオン結合の長さ)を、それらのイオン半径の和であると仮定して導出される。
共有結合半径:分子内の原子間距離から推定される、他の原子と共有結合している元素の原子半径。分子内で共有結合している原子間の距離(共有結合の長さ)を、それらの共有半径の和であると仮定して導出される。
金属結合半径:金属結合によって互いに結合した元素の原子間距離から推定される原子半径。
ボーア半径:ボーアの原子模型(1913)によって予測された基底状態の電子軌道の半径。水素、単一イオン化ヘリウム、ポジトロニウムなど、電子を一つだけ持つ原子とイオンにのみ適用できる。モデル自体は廃れたが、水素原子のボーア半径は依然として重要な物理定数と見なされている。