АТОМЕН ОБЕМ: КАК ВАРИРА В ПЕРИОДИЧНАТА ТАБЛИЦА И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2026

В атомен обем е относителна стойност, показваща връзката между моларната маса на един елемент и неговата плътност. Така че този обем зависи от плътността на елемента, а плътността зависи от своя страна от фазата и как са подредени атомите в нея.

По този начин атомният обем за елемент Z не е един и същ във фаза, различна от тази, която проявява при стайна температура (течна, твърда или газообразна) или когато е част от определени съединения. По този начин, атомният обем на Z в съединение ZA е различен от този на Z в съединение ZB.

Защо? За да го разберем, е необходимо да се сравнят атомите с например мраморите. Мраморите, подобно на синкавите на горното изображение, имат много добре определена граница на материала, която може да се види благодарение на лъскавата им повърхност. За разлика от тях, границата на атомите е дифузна, въпреки че те могат да се считат за отдалечени сферични.

По този начин, това, което определя точка отвъд атомната граница, е нулевата вероятност да се намери електрон и тази точка може да бъде по-нататък или по-близо до ядрото в зависимост от това колко съседни атоми взаимодействат около разглеждания атом.

Атомен обем и радиус

А двата атома взаимодействат на Н Н молекула на _две, позициите на техните центрове се определят като разстоянията между тях (междуядрени разстояния). Ако и двата атома са сферични, радиусът е разстоянието между ядрото и размитата граница:

На изображението по-горе можете да видите как вероятността за намиране на електрон намалява, когато се отдалечава от ядрото. След разделянето на междуядреното разстояние на две, се получава атомният радиус. След това, ако приемем сферична геометрия на атомите, формулата се използва за изчисляване на обема на една сфера:

V = (4/3) (Pi) r ³

В този израз г е атомната радиус, определен за Н на ₂ молекула. Стойността на V изчислява чрез този метод неточно може да се промени, ако, например, Н ₂ се счита в течна или метално състояние. Този метод обаче е много неточен, тъй като формите на атомите са много далеч от идеалната сфера в техните взаимодействия.

За да се определят атомните обеми в твърди вещества, се вземат предвид много променливи, отнасящи се до устройството, и които са получени чрез рентгенови дифракционни изследвания.

Допълнителна формула

Моларна маса изразява количеството материя, което има мол от атоми на химичен елемент.

Неговите единици са g / mol. От друга страна, плътността е обемът, който грам от елемента заема: g / mL. Тъй като мерните единици на атомния обем са ml / mol, трябва да играем с променливите, за да стигнем до желаните единици:

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

Или кое е същото:

(Моларна маса) (1 / D) = V

(Моларна маса / D) = V

По този начин обемът на един мол атоми на елемент може лесно да се изчисли; докато формулата на сферичния обем изчислява обема на отделен атом. За да достигнете тази стойност от първата, е необходимо преобразуване чрез числото на Avogadro (6.02 · 10 ^-23).

Как варира обемът на атома в периодичната таблица?

Ако атомите се считат за сферични, тогава тяхното изменение ще бъде същото като наблюдаваното в атомните радиуси. На изображението по-горе, което показва представителни елементи, е илюстрирано, че отдясно на ляво атомите стават по-малки; вместо това отгоре надолу те стават по-обемни.

Това е така, защото в същия период ядрото включва протони, докато се движи вдясно. Тези протони упражняват атрактивна сила върху външните електрони, които чувстват ефективен ядрен заряд Z _ef, по-малък от реалния ядрен заряд Z.

Електроните на вътрешните обвивки отблъскват тези на външната обвивка, намалявайки ефекта на ядрото върху тях; това е известно като екранен ефект. В същия период екранният ефект не може да противодейства на увеличаването на броя на протоните, така че електроните във вътрешната обвивка не пречат на атомите да свиват.

Спускането в група обаче дава възможност за нови енергийни нива, които позволяват на електроните да орбитат по-далеч от ядрото. По същия начин се увеличава броят на електроните във вътрешната обвивка, чиито екраниращи ефекти започват да намаляват, ако ядрото добави протони отново.

Поради тези причини се разбира, че група 1А има най-обемни атоми, за разлика от малките атоми от група 8А (или 18), от тези на благородните газове.

Атомни обеми на преходни метали

Атомите на преходния метал включват електрони във вътрешните d орбитали. Това увеличение на екранен ефект и, както и в реалния ядрен заряд Z, се отменя почти еднакво, така че техните атоми да запазят сходни размери в същия период.

С други думи: в един период преходните метали проявяват сходни атомни обеми. Тези малки разлики обаче са изключително важни при определяне на метални кристали (сякаш са метални мрамори).

Примери

Налични са две математически формули за изчисляване на атомния обем на даден елемент, всяка със съответните примери.

Пример 1

Като се има предвид атомният радиус на водорода -37 pm (1 пикометър = 10 ^-12 m) - и цезий -265 pm-, изчислете техните атомни обеми.

Използвайки формулата на сферичния обем, след това имаме:

V _H = (4/3) (3.14) (37 pm) ³ = 212.07 pm ³

V _Cs = (4/3) (3.14) (265 pm) ³ = 77912297.67 pm ³

Тези обеми, изразени в пикометри, обаче са прекомерни, така че те се трансформират в единици ангстреми, умножавайки ги по коефициента на конверсия (1Å / 100pm) ³:

(212.07 ч ³) (1А / 100 рМ) ³ = 2,1207 х 10 ^-4 А ³

(77912297,67 ч ³) (1А / 100 рМ) ³ = 77,912 А ³

По този начин разликите в размера между малкия H атом и обемния Cs атом се доказват числено. Трябва да се отбележи, че тези изчисления са само приближения под твърдението, че един атом е напълно сферичен, който броди пред реалността.

Пример 2

Плътността на чистото злато е 19,32 g / mL, а моларната му маса е 196,97 g / mol. Прилагайки формулата M / D за изчисляване на обема на един мол златни атоми, се получава следното:

V _Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / mL) = 10,19 mL / mol

Тоест 1 мол златни атоми заема 10,19 mL, но какъв обем златен атом заема конкретно? И как да го изразя в единици от pm ³ ? За това просто приложите следните коефициенти на преобразуване:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10 ^-23 атома) · (1 m / 100 cm) ³ · (1 pm / 10 ^-12 m) ³ = 16,92 · 10 ⁶ pm ³

От друга страна, атомният радиус на златото е 166 pm. Ако се сравнят и двата обема - получения по предишния метод и изчисления с формулата на сферичния обем - ще се установи, че те нямат еднаква стойност:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 pm) ³ = 19.15 · 10 ⁶ pm ³

Кое от двете е най-близо до приетата стойност? Тази, която е най-близка до експерименталните резултати, получени чрез рентгенова дифракция на кристалната структура на златото.

Препратки

1. Хелменстин, Ан Мари, доктор на науките (9 декември 2017 г.). Определение на атомния обем. Произведено на 6 юни 2018 г. от: thinkco.com
2. Mayfair, Andrew. (13 март 2018 г.). Как да изчислим обема на атом. Sciencing. Произведено на 6 юни 2018 г. от: sciaching.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Атомни криви на обем Lothar Meyer. Произведено на 6 юни 2018 г. от: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Периодични тенденции: Атомен радиус. Произведено на 6 юни 2018 г. от:urs.lumenlearning.com
5. Камило Й. Дерпич. Атомен обем и плътност. Произведено на 6 юни 2018 г. от: es-puraquimica.weebly.com
6. Уитън, Дейвис, Пек и Стенли. Химия. (8-мо изд.). CENGAGE Learning, стр. 222-224.
7. Фондация CK-12. (22 февруари 2010 г.). Сравнителни атомни размери., Произведено на 06 юни 2018 г. от: commons.wikimedia.org
8. Фондация CK-12. (22 февруари 2010 г.). Атомен радиус на H ₂., Произведено на 06 юни 2018 г. от: commons.wikimedia.org