Radi covalent

El radi covalent d'un element químic és la meitat de la distància entre els nuclis dels dos àtoms d'una molècula homonuclear enllaçats per enllaç covalent simple.^[1][2] Normalment, el radi covalent s'expressa en picòmetres (pm).

El radi d'un àtom aïllat no és una quantitat per ara mesurable. Tanmateix, les distàncies interatòmiques en les molècules sí ho són, per exemple, utilitzant la difracció de raigs X. En conseqüència, el físic britànic W. Lawrence Bragg (1890-1971), el precursor de la cristal·lografia de raigs X, suggerí el 1920 fer servir les distàncies interatòmiques per definir el «radi covalent» ${\displaystyle r_{A}}$ d'un àtom ${\displaystyle {\ce {A}}}$. Demostrà que aquests radis són aproximadament additius, de manera que les distàncies de les unions en les molècules es poden predir a partir de la suma dels radis dels dos àtoms constitutius.^[3] L'expressió matemàtica per calcular el radi covalent ${\displaystyle r_{A}}$ d'un element ${\displaystyle {\ce {A}}}$, en una molècula ${\displaystyle {\ce {A2}}}$ que té una distància internuclear ${\displaystyle d_{A-A}}$ és:

$${\displaystyle r_{A}={\frac {d_{A-A}}{2}}}$$

En teoria, la suma de dos radis covalents quan es troben enllaçats dos àtoms diferents hauria d'igualar la longitud d'enllaç covalent entre dos àtoms, però en la pràctica la longitud de l'enllaç depèn de l'entorn químic (d'altres enllaços, elements enllaçats mitjançant aquests altres enllaços, tipus d'enllaços).^[4][5] Els valors dels radis covalent es calculen dividint per dos les distàncies entre els àtoms de molècules homonuclears. Tanmateix, hi ha elements que no permeten aquest càlcul i es fa a partir de molècules heteronuclears. Sabent el radi covalent d'un dels àtoms, l'altre es calcula restant aquest radi conegut de la distància entre nuclis dels àtoms.^[6]

El químic i físic teòric estatunidenc John C. Slater (1900-1976) el 1930 proposà un model teòric senzill per a calcular el radi covalent, el qual definir com el valor màxim de la funció de distribució radial de l'orbital de valència més extern. Aquesta funció de distribució reflecteix la probabilitat de trobar l'electró de valència a diverses distàncies del nucli. Per a obtenir aquest valor, Slater utilitzà una aproximació mitjançant orbitals similars als orbitals de l'hidrogen, tot i que considerant una càrrega nuclear efectiva i un nombre quàntic principal efectiu per tenir en compte els efectes de la interacció mútua dels electrons en l'àtom. Aquesta aproximació simplificada permet estimar el radi covalent d'un àtom donat amb la següent equació:

$${\displaystyle r=a_{0}{\frac {(n^{*})^{2}}{Z^{*}}}}$$on ${\displaystyle a_{0}}$ és el radi de Bohr (5,292 × 10⁻¹¹ m = 52,92 pm), ${\displaystyle n^{*}}$ el nombre quàntic principal efectiu i ${\displaystyle Z^{*}}$la càrrega nuclear efectiva (atracció dels protons del nucli atòmic menys la repulsió dels electrons sobre l'electró més extern). Slater proporcionà regles per determinar aquests valors d'${\displaystyle n^{*}}$ i ${\displaystyle Z^{*}}$.^[7]