공유 반지름(혹은 공유결합 반지름)은 공유 결합을 하고 있는 동일한 원자 사이의 거리의 절반으로 정의되는 물리량이다. 원자 반지름의 여러 정의(반데르발스 반지름, 이온 반지름, 금속 반지름, 공유 반지름) 중 하나이며, 주로 비금속 원소의 원자 크기를 나타내는 척도로 사용된다.
전자는 양자역학적 확률 분포를 따르기 때문에 원자의 경계를 물리적으로 명확하게 정의할 수 없으며, 이에 따라 원자 반지름은 측정 상황과 결합 환경에 따라 여러 방식으로 정의된다. 공유 반지름의 경우, 공유 결합을 통해 결합된 두 개의 동일한 원자핵 사이의 거리(결합 길이)를 측정한 후 이를 2로 나누어 계산한다. 예를 들어, 염소 분자(Cl₂)의 결합 길이가 198 pm이라면, 염소 원자의 공유 반지름은 99 pm이 된다.
공유 반지름은 일반적으로 단일 결합을 기준으로 정의되며, 이중 결합이나 삼중 결합의 경우 결합 길이가 더 짧아지므로 해당 결합 조건에 따른 별도의 공유 반지름 값이 존재한다. 공유 반지름의 값은 피코미터(pm) 또는 옹스트롬(Å) 단위로 표시된다.
공유 반지름은 주기율표에서 일정한 경향성을 보인다. 같은 주기(가로줄)에서 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 원자 번호가 증가하고 유효 핵전하가 커져 전자 구름이 핵 쪽으로 더 강하게 끌리므로 공유 반지름은 감소한다. 같은 족(세로줄)에서 위에서 아래로 내려갈수록 주양자수가 증가하고 전자 껍질 수가 늘어나므로 공유 반지름은 증가한다. 예를 들어, 2주기 원소 중 리튬(Li)이 가장 큰 공유 반지름을 가지며, 네온(Ne) 쪽으로 갈수록 감소한다. 플루오린(F)의 공유 반지름은 약 64 pm, 탄소(C)는 약 75 pm, 수소(H)는 약 32 pm 등으로 알려져 있다.
공유 반지름은 X선 회절, 회전 분광법 등의 실험적 방법을 통해 측정되며, 동일한 원소라도 주변의 화학적 환경과 결합 조건에 따라 값이 달라질 수 있다. 이 값은 분자의 결합 길이 예측, 분자 구조 결정, 화학적 반응성 분석 등 다양한 분야에서 활용된다.
