АТОМЕН РАДИУС: КАК СЕ ИЗМЕРВА, КАК СЕ ПРОМЕНЯ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2024

В атомен радиус е важен параметър за периодични свойства на елементите на периодичната таблица. Тя е пряко свързана с размера на атомите, тъй като колкото по-голям е радиусът, толкова по-големи или по-обемни са те. По същия начин той е свързан с техните електронни характеристики.

Колкото повече електрони има един атом, толкова по-големи са атомният му размер и радиус. И двете се определят от електроните на валентната обвивка, тъй като на разстояния извън техните орбити вероятността да се намери електрон се приближава до нула. В близост до ядрото се случва обратното: увеличава се вероятността за намиране на електрон.

Източник: Pexels

Горното изображение представлява опаковка от памучни топки. Обърнете внимание, че всяка от тях е заобиколена от шест съседи, без да броим друг възможен горен или долен ред. Как памучните топчета се уплътняват, ще определят техните размери и следователно радиусите им; точно както при атомите.

Елементите според тяхната химическа природа взаимодействат със собствените си атоми по един или друг начин. Следователно, величината на атомния радиус варира в зависимост от вида на присъстващата връзка и твърдата опаковка на нейните атоми.

Как се измерва атомният радиус?

Източник: Габриел Боливар

В основното изображение може да бъде лесно да се измери диаметърът на памучните топки и след това да се раздели на две. Сферата на атома обаче не е дефинирана напълно. Защо? Тъй като електроните циркулират и дифундират в специфични области на космоса: орбиталите.

Следователно атомът може да се разглежда като сфера с непромокаеми ръбове, което е невъзможно да се каже със сигурност докъде свършват. Например, на изображението по-горе, регионът на центъра, близо до ядрото, показва по-интензивен цвят, а краищата му са замъглени.

Изображението представлява молекула, Е ₂ молекула (като Cl ₂, H ₂, О ₂ и т.н.). Ако приемем, че атомите са сферични тела, ако се определи разстоянието d, разделящо двете ядра в ковалентната връзка, тогава би било достатъчно да се раздели на две половини (d / 2), за да се получи атомният радиус; по-точно ковалентния радиус на E за E ₂.

Ами ако Е не образува ковалентни връзки със себе си, а вместо това е метален елемент? Тогава d ще бъде посочен от броя на съседите, които обграждат Е в металната му структура; тоест от координационния номер (NC) на атома в опаковката (не забравяйте памучните топки в основното изображение).

Определяне на междуядреното разстояние

За да се определи d, което е междуядреното разстояние за два атома в молекула или опаковка, са необходими техники за физически анализ.

Една от най-широко използваните е дифракцията на рентгеновите лъчи, в която лъч светлина се облъчва чрез кристал и се изучава дифракционната схема, получена в резултат на взаимодействията между електрони и електромагнитно излъчване. В зависимост от опаковката могат да се получат различни модели на дифракция и следователно други стойности на d.

Ако атомите са „плътни“ в кристалната решетка, те ще представят различни стойности на d в ​​сравнение с тези, които биха имали, ако бяха „удобни“. Също така тези междуядрени разстояния могат да се колебаят в стойности, така че атомният радиус всъщност е средна стойност на такива измервания.

Как са свързани атомният радиус и координационният номер? V. Goldschmidt установи връзка между двете, при която за NC от 12, относителната стойност е 1; 0,97 за опаковка, където атомът има NC равен на 8; 0,96, за NC, равен на 6; и 0.88 за NC от 4.

Единици

Започвайки със стойностите за NC, равни на 12, много от таблиците са построени, където се сравняват атомните радиуси на всички елементи на периодичната таблица.

Тъй като не всички елементи образуват такива компактни структури (NC по-малко от 12), отношението V. Goldschmidt се използва за изчисляване на атомните им радиуси и изразяване за една и съща опаковка. По този начин измерванията на атомния радиус се стандартизират.

Но в какви единици се изразяват? Тъй като d е с много малка величина, трябва да се прибегне до единиците на ангстрема Å (10 ∙ 10 ^-10 m) или също широко използван, пикометърът (10 ∙ 10 ^-12 m).

Как се променя в периодичната таблица?

За период

Атомните радиуси, определени за метални елементи, се наричат ​​метални радиуси, докато за неметалните елементи ковалентни радиуси (като фосфор, P ₄ или сяра, S ₈). Между двата вида спици обаче има по-ясно разграничение от това на името.

Отляво надясно през същия период ядрото добавя протони и електрони, но последните са ограничени до същото енергийно ниво (главно квантово число). В резултат на това ядрото упражнява нарастващ ефективен ядрен заряд върху валентните електрони, който свива атомния радиус.

По този начин неметалните елементи в същия период имат тенденция да имат по-малки атомни (ковалентни) радиуси от металите (метални радиуси).

Спускане през група

Слизане през група се активират нови енергийни нива, които позволяват на електроните да имат повече пространство. По този начин електронният облак покрива по-големи разстояния, замъглената му периферия завършва, отдалечавайки се от ядрото и следователно атомният радиус се разширява.

Контракция на лантанид

Електроните във вътрешната обвивка помагат за екранирането на ефективния ядрен заряд върху валентните електрони. Когато орбиталите, които изграждат вътрешните обвивки, имат много "дупки" (възли), както се случва с f орбиталите, ядрото силно свива атомния радиус поради лошия си екраниращ ефект.

Този факт е доказан при свиването на лантанида през период 6 от периодичната таблица. От La до Hf се наблюдава значително свиване на атомния радиус в резултат на f орбиталите, които „се запълват“, докато f блокът се пресича: този на лантаноидите и актиноидите.

Подобен ефект може да се наблюдава и при елементите на pa блок от период 4. Този път в резултат на слабия екраниращ ефект на d орбиталите, които се запълват при преминаване през периодите на преходния метал.

Примери

За период 2 на периодичната таблица атомните радиуси на неговите елементи са:

-Ли: 257 ч

-Бе: 112 вечерта

-B: 88 вечерта

-С: 77 вечерта

-N: 74 вечерта

-О: 66 ч

-F: 64 вечерта

Обърнете внимание, че литиевият метал има най-голям атомен радиус (257 pm), докато флуорът, разположен в крайната дясна част на периода, е най-малкият от всички тях (64 pm). Атомният радиус се спуска отляво надясно през същия период и изброените стойности го доказват.

Литият, когато образува метални връзки, радиусът му е метален; и флуор, тъй като образува ковалентни връзки (FF), радиусът му е ковалентен.

Какво ще стане, ако искате да изразите атомните радиуси в ангстрем единици? Просто ги разделете на 100: (257/100) = 2,57Å. И така с останалите стойности.

Препратки

1. Химия 301. Атомни радиуси. Възстановено от: ch301.cm.utexas.edu
2. Фондация CK-12. (2016 г., 28 юни). Атомен радиус. Възстановено от: chem.libretexts.org
3. Тенденции в атомните радиуси. Взета от: intro.chem.okstate.edu
4. Clackamas Community College. (2002 г.). Атомен размер. Възстановена от: dl.clackamas.edu
5. Кларк Дж. (Август 2012 г.). Атомен и йонен радиус. Възстановено от: chemguide.co.uk
6. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. (Четвърто издание., Стр. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.