Voir la source de Rayon atomique

[[Fichier:Atomic radius of H2.svg|vignette|283x283px|Diagramme montrant le rayon atomique de deux atomes d’hydrogène. ]]
Le '''rayon atomique''' d'un [[élément chimique]] est une mesure de la taille de ses [[atome]]s, d'habitude la distance moyenne entre le [[Noyau atomique|noyau]] et la frontière du [[nuage électronique]] qui l'entoure. Comme cette frontière n'est pas une entité physique bien définie, il y a plusieurs définitions non équivalentes du rayon atomique.

Selon la définition, le terme peut s'appliquer seulement sur des atomes isolés, ou aussi sur des atomes dans de la [[matière condensée]], une [[liaison covalente]] dans une molécule ou dans des états ionisés et excités. Sa valeur peut être obtenue par des mesures expérimentales ou calculée à partir de modèles théoriques. Avec certaines définitions, la valeur du rayon atomique peut dépendre de l'état atomique et de son environnement<ref>{{Ouvrage|langue=en|auteur1=[[Frank Albert Cotton|F. Albert Cotton]]|auteur2=[[Geoffrey Wilkinson]]|titre=Advanced inorganic chemistry|lieu=New York|éditeur=[[John Wiley & Sons|Wiley]]|année=1988|pages totales=1455|passage=1385|isbn=978-0-471-84997-1|oclc=16580057}}.</ref>.

Les atomes peuvent souvent être modélisés comme étant des sphères. C'est une approximation un peu grossière, mais qui peut fournir des explications et des prédictions pour de nombreux phénomènes comme la [[densité]] des fluides et des solides, la diffusion de fluides dans un [[tamis moléculaire]], l'arrangement d'atomes et d'ions dans les [[cristal|cristaux]] et la taille et forme des molécules.

Néanmoins le concept de rayon atomique est difficile à définir parce que les [[électron]]s n'ont pas d'orbite bien définie, ni de taille précise. Leur position doit ainsi être décrite à l'aide de probabilités de distribution qui diminuent graduellement en s'éloignant du noyau, sans s'annuler de manière brusque. De plus dans la matière condensée et les molécules, les nuages électroniques des atomes se chevauchent souvent et certains électrons peuvent être délocalisées sur deux atomes ou plus.

Malgré ces difficultés conceptuelles, la plupart des définitions, pour des atomes isolés, donnent un rayon compris entre 30 et 300 [[Picomètre|pm]] (de 0,3 à {{nobr|3 [[ångström]]s}}). Le rayon atomique est donc plus de {{unité|100000 fois}} plus grand que le [[noyau atomique]] mais inférieur à un millième de la [[longueur d'onde]] du [[spectre visible]] (380 à 780 nm)<ref name=Basdevant>{{Ouvrage|langue=en|auteurs=Jean-Louis Basdevant, James Rich & Michel Spiro|titre=Fundamentals in Nuclear Physics|sous-titre=From Nuclear Structure to Cosmology|lieu=New York|éditeur=Springer|année=2005|pages totales=515|passage=13 (fig 1.1)|isbn=978-0-387-01672-6|lccn=2004056544|lire en ligne=https://books.google.com/books?id=OFx7P9mgC9oC&pg=PA375&dq=helium+%22nuclear+structure%22}}.</ref>{{référence insuffisante}}.

Les rayons atomiques varient de manière prévisible lorsqu'on se déplace dans le [[tableau périodique des éléments|tableau périodique]]. Par exemple, les rayons diminuent en général le long d'une période (rangée) du tableau depuis les [[métal alcalin|alcalin]]s jusqu'aux [[gaz noble]]s et augmentent lorsqu'on descend une colonne.

== Définitions et méthodes de calcul du rayon atomique ==
=== Pour un atome ou un ion ===
Une manière de définir le rayon atomique est de prendre le maximum de la densité radiale d'une [[orbitale atomique]] de type [[Orbitale_de_type_Slater|Slater]], décrivant les électrons externes de l'atome considéré : on trouve alors

<math> r = \frac {n*^2}{Z*_{\rm eff}} \cdot a_{0}</math>

Où ''n*'' est le [[nombre quantique principal]] de la [[couche de valence]], ''Z*''<sub>eff</sub> désigne la charge du noyau (car Z est le [[numéro atomique]]) et ''a''<sub>0</sub> le rayon de l’[[Modèle de Bohr|atome de Bohr]] qui sert ici de référence pour le calcul et qui équivaut à {{unité|0,0529 [[nanomètres|nm]]}}.

=== Dans des atomes impliqués dans une liaison chimique ===
Si une [[liaison covalente]] est formée entre deux [[non-métal|non-métaux]], il sera question d’un type spécifique de rayon atomique nommé rayon covalent. On définit le rayon covalent comme la moitié de la [[distance (mathématiques)|distance]] qui sépare les [[Noyau atomique|noyaux]] de deux [[atome]]s (ou ions) contigus dans une [[molécule]]. 

Si une [[liaison métallique]] est formée entre deux [[métal|métaux]], il sera question d’un type spécifique de rayon atomique nommé rayon métallique.

Cette longueur, mesurée à l'aide d'un [[Cristallographie aux rayons X|diffractomètre à rayons X]], permet de déterminer de manière approximative la taille d'un atome, même si les [[Nuage électronique|nuages]] d'[[électron]]s des deux atomes se mélangent.

== Comparaisons d'évolution suivant les propriétés du nuage électronique ==

Lorsqu'on compare des atomes [[isovalent]]s, si les électrons se situent tous sur la même couche chez chaque atome, l'atome ayant le plus de [[proton]]s (donc le plus lourd) sera le plus grand puisque l'attraction sera plus petite, contrairement si le nombre d'électrons est petit et le nombre des protons est grand, l'attraction sera plus grande.

Lorsqu'on compare des atomes [[isoélectronique]]s, la même logique s'applique, l'atome ayant le plus de protons aura le plus petit rayon atomique puisque le noyau exercera une plus grande attraction sur les électrons.

Lorsqu'on compare des atomes [[isoprotonique]]s, il faut regarder le nombre d'électrons. Moins il y a d'électrons dans l'atome, plus la force d'attraction du noyau exercée sur chacun sera grande et plus le rayon atomique sera petit.

== Évolutions au sein du tableau périodique ==
Dans le [[tableau périodique des éléments]], de façon générale, plus on va vers la droite sur une même période, plus le rayon atomique est petit. Cette propriété périodique est directement reliée à l’augmentation de la [[Règle de Slater|charge effective]] car, lors du déplacement de gauche vers la droite sur une période, le nombre de [[proton]]s et d’[[Couche de valence|électrons de valence]] augmentent, mais l’effet d’écran causé par les électrons internes reste sensiblement le même. Cette croissance traduit une augmentation de l’attraction entre le noyau et les électrons de valence et donc à une diminution de la distance entre les noyaux des deux atomes. 

Plus on va vers le bas sur une même colonne, plus le rayon atomique est grand. L’explication de cette [[Tendances périodiques|tendance périodique]] est relativement simple : le [[nombre quantique principal]] ''n'', porté au carré, augmente plus rapidement que ''Z<sub>eff</sub>'' dans la formule du rayon atomique. En termes [[physique]]s, ceci signifie que de haut en bas dans une [[Groupe du tableau périodique|colonne]], le nombre de protons et le nombre d’électrons internes augmentent, mais le nombre d’électrons de valence reste constant. L’effet d’écran est donc de plus en plus important et les électrons de valence sont moins fortement retenus par le noyau. L’augmentation du rayon atomique est alors causée par une « dilatation du [[nuage électronique]] ».

Le tableau suivant donne les valeurs en [[Ångström]] publiées par J. C. Slater<ref>{{article
 | langue = en
 | prénom1 = J. C.
 | nom1 =  Slater
 | titre = Atomic Radii in Crystals
 | périodique = [[Journal of Chemical Physics]]
 | volume = 41
 | mois = 
 | année = 1964
 | pages = 3199 
 | doi = 10.1063/1.1725697
 | consulté le = {{date-|1 mai 2010}}
}}.</ref>, avec une incertitude de {{nobr|0,12 Å}} : 

{{Tableau périodique (valeurs)| max = 2.85 | min = 0.25
| H = 0.25
| Li = 1.45
| Be = 1.05
| B = 0.95
| C = 0.85
| N = 0.85
| O = 0.90
| F = 0.50
| Na = 1.80
| Mg = 1.50
| Al = 1.25
| Si = 1.10
| P = 1.00
| S = 1.00
| Cl = 1.00
| K = 2.20
| Ca = 1.80
| Sc = 1.60
| Ti = 1.40
| V = 1.35
| Cr = 1.40
| Mn = 1.40
| Fe = 1.40
| Co = 1.35
| Ni = 1.35
| Cu = 1.35
| Zn = 1.35
| Ga = 1.30
| Ge = 1.25
| As = 1.15
| Se = 1.15
| Br = 1.15
| Rb = 2.65
| Sr = 2.00
| Y = 1.80
| Zr = 1.55
| Nb = 1.45
| Mo = 1.45
| Tc = 1.35
| Ru = 1.30
| Rh = 1.35
| Pd = 1.40
| Ag = 1.60
| Cd = 1.55
| In = 1.55
| Sn = 1.45
| Sb = 1.45
| Te = 1.40
| I = 1.40
| Cs = 2.60
| Ba = 2.15
| La = 1.95
| Ce = 1.85
| Pr = 1.85
| Nd = 1.85
| Pm = 1.85
| Sm = 1.85
| Eu = 1.85
| Gd = 1.80
| Tb = 1.75
| Dy = 1.75
| Ho = 1.75
| Er = 1.75
| Tm = 1.75
| Yb = 1.75
| Lu = 1.75
| Hf = 1.55
| Ta = 1.45
| W = 1.35
| Re = 1.35
| Os = 1.30
| Ir = 1.35
| Pt = 1.35
| Au = 1.35
| Hg = 1.50
| Tl = 1.90
| Pb = 1.80
| Bi = 1.60
| Po = 1.90
| At =1.8 
| Fr =2.8 
| Ra = 2.85
| Ac = 1.95
| Th = 1.80
| Pa = 1.80
| U = 1.75
| Np = 1.75
| Pu = 1.75
| Am = 1.75
}}

== Notes et références ==
{{Traduction/Référence|en|Atomic radius|351952442}}
{{Références}}

== Voir aussi ==
=== Articles connexes ===
* [[Élément chimique]]
* [[Atome]]
* [[Rayons atomiques des éléments (page de données)]]

=== Bibliographie ===
* {{Ouvrage|langue=fr|auteur1=Peter Atkins|auteur2=Loretta Jones|traducteur=André Pousse|titre=Chimie|sous-titre=molécules, matière, métamorphoses|titre original=Chemistry : molecules, matter and change|lieu=Bruxelles Paris|éditeur=De Boeck universite|année=1998|pages totales=1018|isbn=978-2-7445-0028-2|oclc=489879525|présentation en ligne=http://www.worldcat.org/title/chimie-molecules-matiere-metamorphoses/oclc/489879525/viewport}}.
* {{Ouvrage|langue=fr|prénom1=Jerome|nom1=Rosenberg|auteur2=Lawrence M. Epstein|traducteur=Jean-Claude Engrand|titre=Chimie générale|sous-titre=cours et problèmes|titre original=Theory and problems of college chemistry|lieu=Paris|éditeur=McGraw-Hill|collection=Schaum|année=1983|pages totales=351|isbn=978-2-7042-1273-6|oclc=29372943}}.
* {{Ouvrage|langue=fr|auteur1=Steven S Zumdahl|traducteur=Maurice Rouleau|titre=Chimie générale|lieu=Montréal|éditeur=Centre éducatif et culturel|année=1988|pages totales=481|isbn=978-2-7617-0471-7|isbn2=978-2-761-70584-4}}.

=== Liens externes ===
{{Liens}}

{{Portail|chimie|physique}}

[[Catégorie:Propriété chimique]]
[[Catégorie:Atome]]