pブロック元素のグループを下に移動すると、原子半径が増加すると予想されることはよく知られている事実です。ただし、ガリウムは例外です。原子半径、つまりガリウムの金属半径（$ 135〜 \ mathrm {pm} $）はアルミニウムの金属半径（$ 143〜 \ mathrm {pm} $）よりも小さい。
私の本には次の理由があります。 ：
ガリウムに追加の10個のd電子が存在するため、核電荷の増加による外部電子の遮蔽効果が低くなります。
しかし、そうだとすれば、重いメンバーの場合、効果が同じではないのはなぜですか？
さらに、ガリウムのこの並外れた特性を支配する何か他のものがなければなりません。構造かもしれませんが、よくわかりません。誰かが詳しく説明できますか？
コメント
- あなたの価値観はわかりませんが、本の説明から、ガリウムの原子半径はかなり低いと思います。 4s、3d、および4p電子が互いに非常に接近しているため、3dが4sおよびp電子を核電荷から完全に遮蔽していないためです。これは、13個の電子を持つ1つの大きなレベルのようなものです。
回答
まず、金属半径の定義。これは、格子内の2つの原子間の距離の半分です。結晶構造に大きく依存します。
質問とその他の回答に関連する接線：
ガリウムは斜方晶系の結晶構造（CN = 6）ですが、アルミニウムは面心立方結晶構造（CN = 12）です。この調整の違いにより、ガリウムが12調整されているかのように値を比較するには、ゴールドシュミット補正が必要です。これにより、ガリウムの補正された金属半径は、実際にはアルミニウムと比較してさらに小さくなります。約$ \ mathrm {130pm} $。
ガリウムは格子内に二原子固体として存在するため、
元素のファンデルワールス半径（単原子ガス原子をより代表する）を見ると、アルミニウムは実際にはそれほど大きくはありませんが小さいので、d電子の説明にはある程度の信憑性がありますが、金属の半径に関する完全な説明ではありません。
回答
原子核にプロトンが追加されるたびに、原子核と電子の間の引力が増加し、波動関数が収縮します。この傾向は、グループに沿って水平に進むときに最も明白です。価電子が同じシェル内にある場合でも、リチウム原子はネオン原子よりもはるかに大きくなります。必要に応じて、ホウ素とネオンの違いにも当てはまります。単一のサブシェルに制限します。
新しいシェルが開かれるたびに、原子半径は上向きにジャンプします。これは、これらが常に（つまり、量子力学の計算でそう言われているように）、少なくとも核から離れるほど大きな寄与があるためです。 1つの追加のローブ。これまでの基本事項。
アルミニウムからガリウムに移行するとどうなりますか？対応するアルカリ金属ナトリウムとカリウムから周期表を横切るときのケースを考慮する必要があります。ナトリウムからアルミニウムまでは2ステップですが、カリウムからガリウムまでは12ステップです。3Dブロック全体がその間に挟まれています。したがって、仮想の開始点から、アルミニウムと比較してガリウムに到達するまでにはるかに大きな収縮が発生します。
3d電子がそこにあり「シールド」していることは関係ありません。シールドは、よく言われるほど大きな役割を果たしません。
インジウムからタリウムに移行するときに、別の「ステップ」が発生する可能性があります。ここでは、突然4f要素が間に位置するため、インジウムとタリウムの半径は再びかなり似ています。
回答
上記のジョセフのコメントがほのめかしているように、ガリウムの3d電子はシールドが不十分であり、GaからBrまでの元素に見られる「dブロック収縮」として知られる現象を引き起こします。アルミニウムと同じグループに属しているにもかかわらず、 d軌道の導入は、Gaがかなり多くのプロトンを持っていることを意味し（31対13）、正に帯電した核はAlよりもGaをはるかに大きく引き込みます。dブロック収縮のため、核ははるかに大きな引力を発揮できます。最も外側のsレベルとpレベルの電子で、原子半径が小さくなります。これにより、Gaのイオン化ポテンシャルがAlのイオン化ポテンシャルよりも高くなります。これは、通常の傾向として、イオン化ポテンシャルがグループの下で減少する場合です。