이온반지름

요약 이온을 구 형태로 보았을 때의 반지름이다. 두 이온의 중심 사이의 거리를 두 이온반지름의 합으로 구하며, X선 회절로 이 값을 구한다.

이온반지름이란 결정격자에서 이온의 크기에 대한 척도이다. 주로 피코미터(picometer, pm)단위로 표시되며 대부분의 이온반지름은 30pm에서 200pm 정도이다.

이 개념은 1920년대에 당시로서는 새 기술이었던 X-선 결정학 방법을 사용하여 얻은 자료를 해석하는 과정에서 골드슈미트(Goldschmidt)와 폴링(Pauling)에 의해 각각 독립적으로 발달되었다. 결정학에서 쉽게 측정할 수 있는 단위격자의 변의 길이는 양이온의 중심에서 음이온의 중심까지의 길이의 두 배가 되는 것은 확실하지만 양이온과 음이온의 경계를 구분하는 것은 현재까지도 거의 불가능하다. 즉 NaCl에서 Na⁺의 이온반지름과 Cl^-의 이온반지름의 합이 282.01pm인 것은 확실하지만 각각의 이온의 반지름은 측정하기 힘들다. 여러 화합물의 측정치를 비교하여 폴링은 산소의 음이온 O^2-의 반지름을 140pm로 정하고 이를 기준으로 다른 이온의 반지름을 정하였다. 1976년에는 결정학 자료를 전면 재검토하여 이온들의 반지름을 새로 구하였다.

이온의 반지름은 주어진 이온의 고유한 값이 아니라 배위수나 스핀 상태 등 변수에 따라 변하기도 하지만 대체적으로 주기적인 성질을 가진다. 이온반지름은 같은 족에서는 주기가 증가할수록 커진다. 같은 이온에서 배위수가 클수록 이온크기가 크며, 낮은 스핀 상태일 때보다 높은 스핀 상태일 때 이온크기가 크다. 대개의 경우 음이온은 양이온보다 크며, 일반적으로 중성원자에 비해 양이온은 양전하가 증가할수록 작아지고 음이온은 음전하가 증가할수록 커진다. 결정에서 이온반지름 값이 잘 맞지 않는 경우는 공유결합성이 증가하기 때문이며 특히 전이금속인 경우 발생한다.