نصف القطر الذري للكرة. نصف القطر الذري الفعال. خصائص الرابطة الكيميائية
يُفهم نصف القطر الفعال للذرة أو الأيون على أنه نصف قطر مجال عملها ، وتعتبر الذرة (أيون) كرة غير قابلة للضغط. باستخدام النموذج الكوكبي للذرة ، يتم تمثيلها كنواة تدور حولها الإلكترونات في مدارات. يتوافق تسلسل العناصر في النظام الدوري لمندليف مع تسلسل ملء قذائف الإلكترون. يعتمد نصف القطر الفعال لأيون على شغل غلاف الإلكترون ، لكنه لا يساوي نصف قطر المدار الخارجي. لتحديد نصف القطر الفعال ، يتم تمثيل الذرات (الأيونات) في التركيب البلوري ككرات صلبة متصلة ، بحيث تكون المسافة بين مراكزها مساوية لمجموع نصف القطر. تم تحديد نصف القطر الذري والأيوني بشكل تجريبي من قياسات الأشعة السينية للمسافات بين الذرية وحسابها نظريًا على أساس مفاهيم ميكانيكا الكم.
تخضع أحجام نصف القطر الأيوني للقوانين التالية:
1. ضمن صف عمودي واحد من النظام الدوري ، يزداد أنصاف أقطار الأيونات التي لها نفس الشحنة مع زيادة العدد الذري ، حيث يزداد عدد قذائف الإلكترون ، وبالتالي حجم الذرة.
2. بالنسبة لنفس العنصر ، يزداد نصف القطر الأيوني بزيادة الشحنة السالبة وينقص بزيادة الشحنة الموجبة. نصف قطر الأنيون أكبر من نصف قطر الكاتيون ، حيث يحتوي الأنيون على فائض من الإلكترونات ، بينما يوجد نقص في الكاتيون. على سبيل المثال ، بالنسبة إلى Fe و Fe 2+ و Fe 3+ ، يكون نصف القطر الفعال 0.126 و 0.080 و 0.067 نانومتر ، على التوالي ، بالنسبة لـ Si 4 و Si و Si 4+ ، يكون نصف القطر الفعال 0.198 و 0.118 و 0.040 نانومتر.
3. أحجام الذرات والأيونات تتبع دورية نظام مندليف. الاستثناءات هي عناصر من رقم 57 (اللانثانم) إلى رقم 71 (اللوتيتيوم) ، حيث لا يزيد نصف القطر الذري ، ولكنه ينخفض بشكل موحد (ما يسمى بانكماش اللانثانيد) ، والعناصر من الرقم 89 (الأكتينيوم) وما بعده ( ما يسمى الانكماش الأكتيني).
يعتمد نصف القطر الذري لعنصر كيميائي على رقم التنسيق. دائمًا ما تكون الزيادة في رقم التنسيق مصحوبة بزيادة في المسافات بين الذرية. في هذه الحالة ، لا يعتمد الاختلاف النسبي بين قيم نصف القطر الذري المقابلة لرقمي تنسيق مختلفين على نوع الرابطة الكيميائية (بشرط أن يكون نوع الرابطة في الهياكل ذات أرقام التنسيق المقارنة هو نفسه). يؤثر التغيير في نصف القطر الذري مع تغيير رقم التنسيق بشكل كبير على حجم التغييرات الحجمية أثناء التحولات متعددة الأشكال. على سبيل المثال ، عندما يتم تبريد الحديد ، فإن تحوله من تعديل مكعّب متمركز حول الوجه إلى تعديل مكعب محوره الجسم يحدث عند 906 درجة مئوية يجب أن يكون مصحوبًا بزيادة في الحجم بنسبة 9٪ ، في الواقع ، زيادة في الحجم تبلغ 0.8 ٪. هذا يرجع إلى حقيقة أنه بسبب التغيير في رقم التنسيق من 12 إلى 8 ، فإن نصف القطر الذري للحديد يتناقص بنسبة 3٪. وهذا يعني أن التغيير في نصف القطر الذري أثناء التحولات متعددة الأشكال يعوض إلى حد كبير التغييرات الحجمية التي يجب أن تحدث إذا لم يتغير نصف القطر الذري في هذه الحالة. لا يمكن مقارنة نصف القطر الذري للعناصر إلا بنفس رقم التنسيق.
يعتمد نصف القطر الذري (الأيوني) أيضًا على نوع الرابطة الكيميائية.
في البلورات ذات الرابطة المعدنية ، يتم تعريف نصف القطر الذري على أنه نصف المسافة بين الذرات بين أقرب الذرات. في حالة المحاليل الصلبة ، تتنوع أنصاف الأقطار الذرية المعدنية بطريقة معقدة.
تحت أنصاف الأقطار التساهمية للعناصر ذات الرابطة التساهمية ، يُفهم نصف المسافة بين الذرات بين أقرب ذرات متصلة بواسطة رابطة تساهمية واحدة. من سمات أنصاف الأقطار التساهمية ثباتها في هياكل تساهمية مختلفة لها نفس أرقام التنسيق. لذلك ، مسافات واحدة سندات C-Cفي الهيدروكربونات الماسية والمشبعة هي نفسها وتساوي 0.154 نانومتر.
لا يمكن تعريف أنصاف الأقطار الأيونية في المواد ذات الرابطة الأيونية على أنها نصف مجموع المسافات بين أقرب الأيونات. كقاعدة عامة ، تختلف أحجام الكاتيونات والأنيونات بشكل حاد. بالإضافة إلى ذلك ، يختلف تناظر الأيونات عن التماثل الكروي. هناك عدة طرق لتقدير قيمة نصف القطر الأيوني. بناءً على هذه الأساليب ، يتم تقدير نصف القطر الأيوني للعناصر ، ثم يتم تحديد نصف القطر الأيوني للعناصر الأخرى من المسافات بين الذرية المحددة تجريبياً.
يحدد نصف قطر Van der Waals الأحجام الفعالة لذرات الغازات النبيلة. بالإضافة إلى ذلك ، يعتبر نصف القطر الذري لـ van der Waals بمثابة نصف المسافة الداخلية بين أقرب ذرات متطابقة غير مرتبطة كيميائيًا ، أي تنتمي إلى جزيئات مختلفة (على سبيل المثال ، في البلورات الجزيئية).
عند استخدام قيم نصف القطر الذري (الأيوني) في الحسابات والتركيبات ، يجب أخذ قيمها من جداول مبنية وفقًا لنظام واحد.
غالبًا ما يحدد حجم الجسيمات نوع الهيكل البلوري ، وهو مهم لفهم تدفق الكثيرين تفاعلات كيميائية. يتم تحديد حجم الذرات والأيونات والجزيئات بواسطة إلكترونات التكافؤ. تم تحديد الأساس لفهم هذه المشكلة - أنماط التغييرات في نصف القطر المداري - في Sec. 2.4 الذرة ليس لها حدود وحجمها قيمة شرطية. ومع ذلك ، من الممكن تمييز حجم الذرة الحرة بنصف قطر المدار. ولكن من المهم عمليًا أن تكون الذرات والأيونات في تكوين مادة ما (في جزيء أو بوليمر أو سائل أو صلب) ، وليست حرة. نظرًا لأن حالات الذرة الحرة والمقيدة تختلف اختلافًا كبيرًا (وقبل كل شيء طاقتها) ، يجب أن تختلف الأحجام أيضًا.
بالنسبة للذرات المربوطة ، يمكن للمرء أيضًا تقديم كميات تميز حجمها. على الرغم من أن السحب الإلكترونية للذرات المقيدة يمكن أن تختلف اختلافًا كبيرًا عن الغيوم الكروية ، فمن المعتاد وصف أحجام الذرات فعال (ظاهر) نصف قطر .
تعتمد أحجام ذرات نفس العنصر بشكل أساسي على تكوينها مركب كيميائيأي نوع من الرابطة هي الذرة. على سبيل المثال ، بالنسبة للهيدروجين ، نصف المسافة بين الذرات في جزيء H 2 تساوي 0.74 / 2 = 0.37 Å ، وفي الهيدروجين المعدني ، تكون قيمة نصف القطر 0.46 Å. لذلك ، قم بتخصيص التساهمية والأيونية والمعدنية وأنصاف أقطار فان دير فال . كقاعدة عامة ، في مفاهيم أنصاف الأقطار الفعالة ، تعتبر المسافات بين الذرات (بتعبير أدق ، المسافات البينية النووية) مجموع نصف قطر ذرتين متجاورتين ، مع اعتبار الذرات كرات غير قابلة للضغط. في ظل وجود بيانات تجريبية موثوقة ودقيقة حول المسافات بين الذرات (وكانت هذه البيانات متاحة لفترة طويلة لكل من الجزيئات والبلورات بدقة تصل إلى الألف من أنجستروم) ، تبقى مشكلة واحدة لتحديد نصف قطر كل ذرة - كيفية توزيع المسافة بين الذرات بين ذرتين. من الواضح أنه لا يمكن حل هذه المشكلة بشكل لا لبس فيه إلا من خلال تقديم بيانات أو افتراضات مستقلة إضافية.
نهاية العمل -
هذا الموضوع ينتمي إلى:
خصائص الرابطة الكيميائية
على موقع الموقع قراءة: "خصائص الرابطة الكيميائية" ..
اذا احتجت مواد اضافيةحول هذا الموضوع ، أو لم تجد ما كنت تبحث عنه ، نوصي باستخدام البحث في قاعدة بيانات الأعمال لدينا:
ماذا سنفعل بالمواد المستلمة:
إذا كانت هذه المادة مفيدة لك ، فيمكنك حفظها على صفحتك على الشبكات الاجتماعية:
| سقسقة |
جميع المواضيع في هذا القسم:
أنصاف الأقطار التساهمية
الموقف الأكثر وضوحًا هو أنصاف الأقطار التساهمية للذرات التي تشكل جزيئات ثنائية الذرة غير قطبية. في مثل هذه الحالات ، يكون نصف القطر التساهمي هو بالضبط نصف المسافة بين الذرات
أنصاف الأقطار الأيونية
لأنه في ن. ذ. من الصعب ملاحظة الجزيئات ذات الروابط الأيونية وفي نفس الوقت يُعرف عدد كبير من المركبات التي تشكل بلورات أيونية ، ثم عندما يتعلق الأمر بنصف القطر الأيوني ،
نصف قطر معدني
في حد ذاته ، لا يمثل تحديد نصف القطر المعدني مشكلة - يكفي قياس المسافة بين النوى في المعدن المقابل وتقسيمها إلى نصفين. في الجدول. 20 هي بعض الميثامفيتامين
نصف قطر فان دير فالس
يمكن تحديد نصف قطر Van der Waals عن طريق قياس المسافات بين الذرات في بلورة عندما لا يكون هناك رابط كيميائي بينهما. بمعنى آخر ، تنتمي الذرات إلى جزيئات مختلفة.
أسئلة للفحص الذاتي
1. ما هي أنصاف الأقطار المدارية والفعالة؟ 2. ما هو الفرق بين نصف قطر الحبيبات والذرة أو الأيون؟ 3. في أي الحالات يكون نصف القطر التساهمي يساوي نصف الطول
الشحنات الفعالة للذرات
عندما يتم تكوين رابطة كيميائية ، يتم إعادة توزيع كثافة الإلكترون ، وفي هذه الحالة الرابطة القطبيةالذرات مشحونة كهربائيا. تسمى هذه الرسوم فعالة. هم حراء
الشحنات الفعالة في بعض البلورات الأيونية
مادة CsF CsCl NaF NaCl LiF LiCl LiI DEO 3.3
الشحنات الفعالة للذرات في الأكاسيد (وفقًا لـ N. S. Akhmetov)
أكسيد Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO
أسئلة للفحص الذاتي
1. ما هي الشحنة الفعالة للذرة؟ 2. هل يمكن أن تتجاوز الشحنة الفعالة (في المعامل) حالة أكسدة الذرة؟ 3. ما هي درجة أيونية الرابطة؟ 4. ك
التكافؤ
بشكل عام ، التكافؤ يميز قدرة ذرات العنصر على تكوين مركبات تحتوي على تركيبة معينة (نسب معينة لعدد العناصر المختلفة في المركب). في كثير من الأحيان
أسئلة للفحص الذاتي
1. تحديد المصطلحات: درجة الأكسدة. التساهم. رقم التنسيق؛ رقم steric. 2. تحديد التكافؤ وحالة الأكسدة و CN لـ: H2S ؛ ح
طاقة الرابطة
حجم الطاقة هو أهم خاصية للرابطة ، والتي تحدد مقاومة المواد للحرارة ، والإضاءة ، والضغط الميكانيكي ، والتفاعلات مع المواد الأخرى [†]. يخرج أساليب مختلفةأوه
طاقات ملزمة للجزيئات ثنائية الذرة في غاز (N.N. Pavlov)
جزيء H2 Li2 Na2 K2 F2 Cl2
أسئلة للفحص الذاتي
1. توقع التغيير في طاقة الرابطة C-N في السلسلة H3CNH2 ، H2CNH ، HCNH. 2. توقع التغيير في طاقة الربط في السلسلة O2 ، S2 ، Se2
الرابطة الكيميائية والنظام الدوري للعناصر
دعونا نفكر في انتظام بنية وخصائص بعض المواد البسيطة وأبسط المركبات ، التي تحددها البنية الإلكترونية لذراتها. ذرات الغازات النبيلة (المجموعة VIIIA) لديها بالكامل
تغيير في المسافات بين الذرية للمواد البسيطة من مجموعة فيا
مسافة المادة بين الذرات ، Å داخل الجزيئات بين الجزيئات فرق S
إضافي
3. كيمياء عامة / أد. إي إم سوكولوفسكايا. م: دار النشر بجامعة موسكو الحكومية ، 1989. 4. Ugay Ya. O. كيمياء عامة. م: العالي. المدرسة ، 1984. 5. هو نفسه. الكيمياء العامة وغير العضوية. م ..
من أهم خصائص العناصر الكيميائية المشاركة في تكوين الرابطة الكيميائية حجم الذرة (أيون): مع زيادتها ، تقل قوة الروابط بين الذرية. عادة ما يتم تحديد حجم الذرة (أيون) من خلال قيمة نصف قطرها أو قطرها. نظرًا لأن الذرة (أيون) ليس لها حدود واضحة ، فإن مفهوم "نصف القطر الذري (الأيوني)" يعني أن 90-98٪ من كثافة الإلكترون للذرة (أيون) موجودة في مجال هذا الشعاع. إن معرفة قيم نصف القطر الذري (الأيوني) يجعل من الممكن تقدير المسافات بين النواة في البلورات (أي ، بنية هذه البلورات) ، لأنه بالنسبة للعديد من المشكلات ، يمكن اعتبار أقصر المسافات بين نوى الذرات (الأيونات) مجموع نصف قطرها الذري (الأيوني) ، على الرغم من أن هذه الإضافة تقريبية ولا يتم استيفائها في جميع الحالات.
تحت نصف القطر الذريوافق العنصر الكيميائي (حول نصف القطر الأيوني ، انظر أدناه) ، المشارك في تكوين رابطة كيميائية ، في الحالة العامة ، على فهم نصف مسافة التوازن بين النواة بين أقرب الذرات في الشبكة البلورية للعنصر. هذا المفهوم ، الذي يكون بسيطًا للغاية إذا اعتبرنا الذرات (الأيونات) كريات صلبة ، يتبين في الواقع أنه معقد وغالبًا ما يكون غامضًا. نصف القطر الذري (الأيوني) لعنصر كيميائي ليس قيمة ثابتة ، ولكنه يختلف حسب عدد من العوامل ، أهمها نوع الرابطة الكيميائية
ورقم التنسيق.
إذا كانت نفس الذرة (أيون) في أشكال بلورات مختلفة أنواع مختلفةرابطة كيميائية ، ثم سيكون لها عدة أنصاف أقطار - تساهمية في بلورة برابطة تساهمية ؛ أيوني في بلورة برابطة أيونية ؛ معدني في المعدن فان دير فال في بلورة جزيئية. يمكن رؤية تأثير نوع الرابطة الكيميائية في المثال التالي. في الماس ، تكون الروابط الكيميائية الأربعة تساهمية وتتشكل ص 3-هجينة ، لذا فإن كل الجيران الأربعة لذرة معينة على نفس و
نفس المسافة منه د= 1.54 A˚) وسيكون نصف القطر التساهمي للكربون في الماس
يساوي 0.77 أ˚. في بلورة الزرنيخ ، المسافة بين الذرات المرتبطة بالروابط التساهمية ( د 1 = 2.52 A˚) ، أقل بكثير من الذرات المرتبطة بقوى فان دير فال ( د 2 = 3.12 A˚) ، لذلك سيكون نصف قطر تساهمية As 1.26 A˚ و van der Waals بقيمة 1.56 A˚.
يتغير نصف القطر الذري (الأيوني) أيضًا بشكل حاد جدًا مع تغيير رقم التنسيق (يمكن ملاحظة ذلك أثناء التحولات متعددة الأشكال للعناصر). كلما كان رقم التنسيق أصغر ، قلت درجة امتلاء الفراغ بالذرات (الأيونات) وصغر المسافات بين النواة. دائمًا ما تكون الزيادة في رقم التنسيق مصحوبة بزيادة في المسافات النووية.
ويترتب على ما سبق أن نصف القطر الذري (الأيوني) للعناصر المختلفة المشاركة في تكوين رابطة كيميائية لا يمكن مقارنتها إلا عندما تشكل بلورات يتحقق فيها نفس النوع من الرابطة الكيميائية ، وهذه العناصر في البلورات المتكونة لها نفس أرقام التنسيق.
دعونا نفكر في السمات الرئيسية لنصف القطر الذري والأيوني بمزيد من التفصيل.
تحت أنصاف الأقطار التساهمية للعناصرمن المعتاد أن نفهم نصف المسافة النووية الداخلية للتوازن بين أقرب ذرات متصلة بواسطة رابطة تساهمية.
من سمات أنصاف الأقطار التساهمية ثباتها في "بنى تساهمية" مختلفة لها نفس رقم التنسيق ضي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن أنصاف الأقطار التساهمية ، كقاعدة عامة ، مرتبطة بشكل إضافي ببعضها البعض ، أي أن المسافة A – B هي نصف مجموع المسافات A – A و B – B في وجود الروابط التساهمية ونفس الشيء أرقام التنسيق في جميع الهياكل الثلاثة.
هناك نصف قطر تساهمية عادي ، رباعي السطوح ، ثماني السطوح ، تربيعي وخطي.
يتوافق نصف القطر التساهمي الطبيعي للذرة مع الحالة التي تشكل فيها الذرة عددًا من الروابط التساهمية بقدر ما يتوافق مع مكانها في الجدول الدوري: بالنسبة للكربون - 2 ، وللنيتروجين - 3 ، وما إلى ذلك. وينتج عن ذلك معان مختلفةأنصاف الأقطار العادية اعتمادًا على تعدد (ترتيب) الرابطة (رابطة مفردة ، مزدوجة ، ثلاثية). إذا تم تشكيل الرابطة عندما تتداخل غيوم الإلكترون الهجينة ، فإنهم يتحدثون عن رباعي السطوح
(ضك = 4 ، ص 3-مدارات هجينة) ، ثماني السطوح ( ضك = 6 ، د 2ص 3-مدارات هجينة) ، تربيعية ( ضك = 4 ، دي اس بي 2-مدارات هجينة) ، خطية ( ضك = 2 ، صالمدارات الهجينة) نصف القطر التساهمي.
من المفيد معرفة ما يلي حول نصف القطر التساهمي (ترد قيم أنصاف الأقطار التساهمية لعدد من العناصر).
1. لا يمكن تفسير أنصاف الأقطار التساهمية ، على عكس الأيونية ، على أنها أنصاف أقطار الذرات التي لها شكل كروي. تستخدم أنصاف الأقطار التساهمية فقط لحساب المسافات بين الذرات التي توحدها روابط تساهمية ، ولا تذكر أي شيء عن المسافات بين الذرات من نفس النوع غير المرتبطة تساهميًا.
2. يتم تحديد قيمة نصف القطر التساهمي من خلال تعدد الرابطة التساهمية. الرابطة الثلاثية أقصر من الرابطة المزدوجة ، والتي بدورها أقصر من الرابطة المفردة ، لذا فإن نصف القطر التساهمي للرابطة الثلاثية يكون أصغر من نصف القطر التساهمي للرابطة المزدوجة ، وهو أصغر
أعزب. يجب ألا يغيب عن البال أن ترتيب تعدد العلاقة لا يجب أن يكون عددًا صحيحًا. يمكن أيضًا أن يكون كسريًا إذا كانت الرابطة طنينًا (جزيء البنزين ، مركب Mg2 Sn ، انظر أدناه). في هذه الحالة ، يكون لنصف القطر التساهمي قيمة وسيطة بين القيم المقابلة لأوامر الأعداد الصحيحة لتعدد السندات.
3. إذا كانت الرابطة ذات طبيعة تساهمية أيونية مختلطة ، ولكن بدرجة عالية من المكون التساهمي للرابطة ، فيمكن عندئذٍ تقديم مفهوم نصف القطر التساهمي ، ولكن تأثير المكون الأيوني للرابطة على لا يمكن إهمال القيمة. في بعض الحالات ، يمكن أن يؤدي هذا التأثير إلى انخفاض كبير في نصف القطر التساهمي ، يصل أحيانًا إلى 0.1 A˚. للأسف محاولات للتنبؤ بحجم هذا التأثير في مختلف
الحالات لم تنجح بعد.
4. تعتمد قيمة نصف القطر التساهمي على نوع المدارات الهجينة التي تشارك في تكوين الرابطة التساهمية.
أنصاف الأقطار الأيونية، بالطبع ، لا يمكن تعريفه على أنه نصف مجموع المسافات بين نوى أقرب أيونات ، حيث أن أحجام الكاتيونات والأنيونات تختلف بشكل حاد كقاعدة عامة. بالإضافة إلى ذلك ، قد يختلف تناظر الأيونات إلى حد ما عن التماثل الكروي. ومع ذلك ، بالنسبة للبلورات الأيونية الحقيقية تحت نصف القطر الأيونيمن المعتاد فهم نصف قطر الكرة الذي يقترب من الأيون.
تستخدم أنصاف الأقطار الأيونية لتقديرات تقريبية للمسافات النووية في البلورات الأيونية. من المفترض أن المسافة بين أقرب كاتيون وأنيون تساوي مجموع نصف قطرها الأيوني. الخطأ النموذجي في تحديد المسافات بين النوى بدلالة نصف القطر الأيوني في هذه البلورات هو ≈0.01 A˚.
هناك العديد من أنظمة أنصاف الأقطار الأيونية التي تختلف في قيم أنصاف الأقطار الأيونية للأيونات الفردية ، ولكنها تؤدي إلى نفس المسافات الداخلية تقريبًا. تم تنفيذ أول عمل على تحديد نصف القطر الأيوني بواسطة V.M. Goldshmit في عشرينيات القرن الماضي. في ذلك ، استخدم المؤلف ، من ناحية ، المسافات الداخلية في البلورات الأيونية المقاسة بالتحليل الهيكلي للأشعة السينية ، ومن ناحية أخرى ، استخدم قيم نصف القطر الأيوني F- و O2- التي تحددها
طريقة قياس الانكسار. تعتمد معظم الأنظمة الأخرى أيضًا على المسافات الداخلية في البلورات التي تحددها طرق الحيود وعلى بعض القيم "المرجعية" لنصف القطر الأيوني لأيون معين. في النظام الأكثر شهرة
Pauling ، هذه القيمة المرجعية هي نصف القطر الأيوني لأيون بيروكسيد O2 ، يساوي
1.40A˚. هذه القيمة لـ O2- تتوافق جيدًا مع الحسابات النظرية. في نظام G.Bokiya و N.V Belov ، الذي يعتبر واحدًا من أكثر الأنظمة موثوقية ، يتم أخذ نصف القطر الأيوني O2– يساوي 1.36 A˚.
في السبعينيات والثمانينيات من القرن الماضي ، جرت محاولات لتحديد نصف قطر الأيونات مباشرة عن طريق قياس كثافة الإلكترون باستخدام التحليل الهيكلي للأشعة السينية ، بشرط أن يتم أخذ الحد الأدنى من كثافة الإلكترون على الخط الذي يربط النوى كحدود للأيونات . اتضح أن هذه الطريقة المباشرة تؤدي إلى المبالغة في تقدير أنصاف الأقطار الأيونية للكاتيونات وقيم أقل من أنصاف الأقطار الأيونية للأنيونات. بالإضافة إلى ذلك ، اتضح أن قيم نصف القطر الأيوني المحددة بطريقة مباشرة لا يمكن نقلها من مركب إلى آخر ، وأن الانحرافات عن الجمع كبيرة جدًا. لذلك ، لا يتم استخدام أنصاف الأقطار الأيونية للتنبؤ بالمسافات النووية.
من المفيد معرفة ما يلي حول نصف القطر الأيوني (في الجداول أدناه ، يتم إعطاء قيم نصف القطر الأيوني وفقًا لـ Bokiy و Belov).
1. يختلف نصف القطر الأيوني للأيونات لنفس العنصر باختلاف شحنتها ، وبالنسبة لنفس الأيون فإنه يعتمد على رقم التنسيق. اعتمادًا على رقم التنسيق ، يتم تمييز نصف القطر الأيوني رباعي السطوح وثماني السطوح.
2. داخل صف عمودي واحد ، وبصورة أدق ، داخل مجموعة واحدة ، دوري
في النظام ، يزداد أنصاف أقطار الأيونات التي تحمل نفس الشحنة مع زيادة العدد الذري للعنصر ، حيث يزداد عدد الأصداف التي تشغلها الإلكترونات ، وبالتالي يزداد حجم الأيون.
|
نصف القطر ، A˚ |
3. بالنسبة للأيونات الموجبة الشحنة للذرات من نفس الفترة ، يتناقص نصف القطر الأيوني بسرعة مع زيادة الشحن. يتم تفسير الانخفاض السريع من خلال عمل عاملين رئيسيين في اتجاه واحد: الجذب القوي للإلكترونات "الخاصة" بواسطة الكاتيون ، والتي تزداد شحنتها مع زيادة العدد الذري ؛ زيادة قوة التفاعل بين الكاتيون والأنيونات المحيطة به مع زيادة شحنة الكاتيون.
|
نصف القطر ، A˚ |
4. بالنسبة للأيونات السالبة الشحنة من نفس الفترة ، يزداد نصف القطر الأيوني بزيادة الشحنة السالبة. العاملان اللذان تمت مناقشتهما في الفقرة السابقة في هذه الحالة يعملان في اتجاهين متعاكسين ، ويسود العامل الأول (زيادة الشحنة السالبة للأنيون مصحوبة بزيادة في نصف قطرها الأيوني) ، وبالتالي ، زيادة في نصف القطر الأيوني مع تحدث الزيادة في الشحنة السالبة بشكل أبطأ بكثير من الانخفاض في الحالة السابقة.
|
نصف القطر ، A˚ |
5. بالنسبة لنفس العنصر ، أي مع نفس التكوين الإلكتروني الأولي ، يكون نصف قطر الكاتيون أقل من نصف قطر الأنيون. ويرجع ذلك إلى انخفاض جذب الإلكترونات الخارجية "الإضافية" إلى نواة الأنيون وزيادة تأثير الفرز بسبب الإلكترونات الداخلية (الكاتيونات لديها نقص في الإلكترونات ، بينما يحتوي الأنيون على فائض).
|
نصف القطر ، A˚ |
6. أحجام الأيونات بنفس الشحنة تتبع دورية الجدول الدوري. ومع ذلك ، فإن قيمة نصف القطر الأيوني لا تتناسب مع شحنة النواة ض، ويرجع ذلك إلى الجاذبية القوية للإلكترونات بواسطة النواة. بالإضافة إلى ذلك ، فإن اللانثانيدات والأكتينيدات ، التي في سلسلتها لا يزيد أنصاف أقطار الذرات والأيونات التي تحمل نفس الشحنة ، ولكنها تنخفض مع زيادة العدد الذري (ما يسمى بانكماش اللانثانيدات وتقلص الأكتينيد) ، هي استثناء من الاعتماد الدوري .11
11 يرجع تقلص اللانثانيد وتقلص الأكتينيد إلى حقيقة أنه في اللانثانيدات والأكتينيدات ، تمت إضافة الإلكترونات مع زيادة في العدد الذري لملء الداخلية دو F- قذائف ذات رقم كمي رئيسي أقل من الرقم الكمي الرئيسي لفترة معينة. في الوقت نفسه ، وفقًا لحسابات ميكانيكا الكم في دوخاصة في Fتنص على أن الإلكترون أقرب بكثير إلى النواة منه في سو صحالات فترة معينة مع عدد كمي كبير ، لذلك دو F- توجد الإلكترونات في المناطق الداخلية للذرة ، على الرغم من أن ملء هذه الحالات بالإلكترونات (نحن نتحدث عن المستويات الإلكترونية في فضاء الطاقة) يحدث بشكل مختلف.
نصف قطر معدنيتعتبر مساوية لنصف أقصر مسافة بين نوى الذرات في التركيب المتبلور لعنصر معدني. أنها تعتمد على رقم التنسيق. إذا أخذنا نصف القطر المعدني لأي عنصر عند ضك \ u003d 12 لكل وحدة ، ثم مع ض k = 8 و 6 و 4 سيكون نصف القطر المعدني لنفس العنصر 0.98 على التوالي ؛ 0.96 ؛ 0.88. أنصاف الأقطار المعدنية لها خاصية الإضافة. إن معرفة قيمها يجعل من الممكن التنبؤ تقريبًا بمعلمات المشابك البلورية للمركبات بين المعادن.
تتميز نصف القطر الذري للمعادن بالسمات التالية (يمكن العثور على بيانات حول قيم نصف القطر الذري للمعادن).
1. تكون نصف القطر الذري المعدني للمعادن الانتقالية بشكل عام أصغر من نصف القطر الذري المعدني للمعادن غير الانتقالية ، مما يعكس قوة الرابطة الأكبر في الفلزات الانتقالية. ترجع هذه الميزة إلى حقيقة أن معادن المجموعات الانتقالية والمعادن الأقرب إليها في النظام الدوري لها خاصية إلكترونية د-القذائف ، والإلكترونات في د- يمكن أن تشارك الدول في تكوين رابطة كيميائية. قد يكون تقوية الرابطة ناتجًا جزئيًا عن ظهور المكون التساهمي للرابطة وجزئيًا إلى تفاعل van der Waals للنوى الأيونية. في بلورات الحديد والتنغستن ، على سبيل المثال ، الإلكترونات في د-تقدم الدول مساهمة كبيرة في الطاقة الملزمة.
2. ضمن مجموعة رأسية واحدة ، عندما ننتقل من أعلى إلى أسفل ، يزداد نصف القطر الذري للمعادن ، ويرجع ذلك إلى الزيادة المتتابعة في عدد الإلكترونات (يزداد عدد الأصداف التي تشغلها الإلكترونات).
3. خلال فترة واحدة ، وبصورة أدق ، بدءًا من المعدن القلوي إلى منتصف المجموعة المعدنية الانتقالية ، في الاتجاه من اليسار إلى اليمين ، ينخفض نصف قطر المعدن الذري. في نفس التسلسل ، تزداد الشحنة الكهربائية لنواة الذرة ويزداد عدد الإلكترونات في غلاف التكافؤ. مع زيادة عدد إلكترونات الربط لكل ذرة ، يتم تقوية الرابطة المعدنية ، وفي نفس الوقت ، بسبب زيادة شحنة النواة ، يزداد جذب النواة (الداخلية) للإلكترونات ، وبالتالي فإن تقل قيمة نصف القطر الذري المعدني.
4. المعادن الانتقالية للمجموعتين السابعة والثامنة من نفس الفترة في التقريب الأول لها نفس نصف قطر المعدن تقريبا. على ما يبدو ، عندما يتعلق الأمر بالعناصر التي تحتوي على 5 و أكثر د- الإلكترونات ، وهي زيادة في الشحنة النووية والآثار المصاحبة لجذب إلكترونات القلب ، مما يؤدي إلى انخفاض نصف القطر المعدني الذري ، يتم تعويضها بالتأثيرات الناتجة عن زيادة عدد الإلكترونات في الذرة (أيون) التي لا تفعل ذلك. المشاركة في تكوين رابطة معدنية ، مما يؤدي إلى زيادة نصف القطر المعدني (زيادة عدد الحالات التي تشغلها الإلكترونات).
5. الزيادة في نصف القطر (انظر الفقرة 2) لعناصر الانتقال ، والتي تحدث أثناء الانتقال من الفترة الرابعة إلى الفترة الخامسة ، لم تتم ملاحظتها بالنسبة للعناصر الانتقالية في
الانتقال من الفترة الخامسة إلى السادسة ؛ إن نصف القطر الذري المعدني للعناصر المقابلة (المقارنة الرأسية) في هاتين الفترتين الأخيرتين متماثلان تقريبًا. على ما يبدو ، هذا يرجع إلى حقيقة أن العناصر الموجودة بينهما مكتملة بعمق نسبيًا F-القشرة ، لذا فإن الزيادة في شحنة النواة وتأثيرات الجذب المرتبطة بها تكون أكثر أهمية من التأثيرات المرتبطة بزيادة عدد الإلكترونات (انكماش اللانثانيد).
|
عنصر من 4 فترات |
نصف القطر ، A˚ |
عنصر من الفترة 5 |
نصف القطر ، A˚ |
عنصر من الفترة 6 |
نصف القطر ، A˚ |
6. عادةً ما تكون أنصاف الأقطار المعدنية أكبر بكثير من أنصاف الأقطار الأيونية ، ولكنها لا تختلف بشكل كبير عن أنصاف الأقطار التساهمية لنفس العناصر ، على الرغم من أنها بلا استثناء أكبر من تلك التساهمية. يفسر الاختلاف الكبير في قيم نصف القطر المعدني الذري والأيوني لنفس العناصر من خلال حقيقة أن الرابطة ، التي تدين بأصلها إلى إلكترونات التوصيل شبه الحرة ، ليست قوية (ومن هنا لوحظت المسافات بين الذرات الكبيرة نسبيًا في الشبكة المعدنية). يمكن تفسير اختلاف أصغر بكثير في قيم نصف القطر المعدني والتساهمي لنفس العناصر إذا اعتبرنا الرابطة المعدنية على أنها رابطة تساهمية "رنانة" خاصة.
تحت نصف قطر فان دير فالمن المعتاد فهم نصف المسافة النووية الداخلية للتوازن بين أقرب ذرات متصلة بواسطة رابطة فان دير فال. يحدد نصف قطر Van der Waals الأحجام الفعالة لذرات الغازات النبيلة. بالإضافة إلى ذلك ، على النحو التالي من التعريف ، يمكن اعتبار نصف القطر الذري لـ van der Waals على أنه نصف المسافة الداخلية بين الذرات الأقرب التي تحمل الاسم نفسه ، والمتصلة برابطة van der Waals والانتماء إلى جزيئات مختلفة (على سبيل المثال ، في بلورات جزيئية). عندما تقترب الذرات من بعضها البعض على مسافة أقل من مجموع نصف قطر فان دير فال ، يحدث تنافر قوي بين الذرات. لذلك ، فإن نصف القطر الذري لـ van der Waals يميز الحد الأدنى المسموح به من ملامسات الذرات التي تنتمي إلى جزيئات مختلفة. يمكن العثور على بيانات عن قيم نصف قطر فان دير فالس الذري لبعض الذرات في).
تتيح معرفة أنصاف أقطار فان دير فالس تحديد شكل الجزيئات وتعبئتها في البلورات الجزيئية. إن نصف قطر فان دير فالس أكبر بكثير من جميع أنصاف أقطار العناصر نفسها المذكورة أعلاه ، وهو ما يفسره ضعف قوى فان دير فال.
الخصائص الدورية للعناصر
يتم التعبير عن الدورية في بنية غلاف الإلكترون للذرات ، وبالتالي ، فإن الخصائص التي تعتمد على حالة الإلكترونات تتوافق جيدًا مع القانون الدوري: نصف القطر الذري والأيوني ، طاقة التأين ، تقارب الإلكترون ، الكهربية وتكافؤ العناصر. لكن تكوين وخصائص المواد والمركبات البسيطة تعتمد على التركيب الإلكتروني للذرات ، لذلك يتم ملاحظة الدورية في العديد من خصائص المواد والمركبات البسيطة: درجة حرارة وحرارة الذوبان والغليان ، وطول وطاقة الرابطة الكيميائية ، جهود القطب ، المحتوى الحراري القياسيتشكيل وانتروبيا المواد ، إلخ. يغطي القانون الدوري أكثر من 20 خاصية للذرات والعناصر والمواد البسيطة والمركبات.
وفقًا لميكانيكا الكم ، يمكن أن يوجد الإلكترون في أي نقطة حول نواة الذرة ، سواء بالقرب منها أو على مسافة كبيرة. لذلك ، فإن حدود الذرات غامضة وغير محددة. في الوقت نفسه ، تحسب ميكانيكا الكم احتمالية توزيع الإلكترونات حول النواة وموضع كثافة الإلكترون القصوى لكل مدار.
نصف القطر المداري للذرة (أيون)هي المسافة من النواة إلى أقصى كثافة إلكترونية لأبعد مدار خارجي لهذه الذرة (أيون).
أنصاف الأقطار المدارية (قيمها مذكورة في الكتيب) تتناقص في الفترات ، لأن لا يصاحب زيادة عدد الإلكترونات في الذرات (الأيونات) ظهور طبقات إلكترونية جديدة. تصبح غلاف الإلكترون لذرة أو أيون لكل عنصر لاحق في الفترة أكثر كثافة مقارنة بالعنصر السابق بسبب زيادة شحنة النواة وزيادة جذب الإلكترونات إلى النواة.
يزيد نصف قطر المداري في مجموعات مثل تختلف ذرة (أيون) كل عنصر عن العنصر الأصل بظهور طبقة إلكترونية جديدة.
يظهر تغيير نصف القطر الذري المداري لمدة خمس فترات في الشكل. 13 ، والتي يمكن من خلالها ملاحظة أن الاعتماد له شكل "سن المنشار" المميز للقانون الدوري.
أرز. 13. اعتماد نصف القطر المداري
من العدد الذري لعناصر الفترات الأولى - الخامسة.
لكن في الفترات ، لا يحدث الانخفاض في حجم الذرات والأيونات بشكل رتيب: العناصر الفردية لها "رشقات نارية" و "انخفاضات" صغيرة. في "الانخفاضات" ، كقاعدة عامة ، هناك عناصر يتوافق تكوينها الإلكتروني مع حالة من الاستقرار المتزايد: على سبيل المثال ، في الفترة الثالثة يكون المغنيسيوم (3s 2) ، في المرحلة الرابعة - المنغنيز (4s 2 3d 5) والزنك (4s 2 3d 10) إلخ.
ملحوظة.تم إجراء حسابات نصف القطر المداري منذ منتصف السبعينيات من القرن الماضي بسبب تطور أجهزة الكمبيوتر الإلكترونية. مستعمل فعالأنصاف أقطار الذرات والأيونات ، والتي يتم تحديدها من البيانات التجريبية على المسافات بين النوى في الجزيئات والبلورات. من المفترض أن الذرات عبارة عن كرات غير قابلة للضغط تلامس أسطحها في مركبات. تسمى نصف القطر الفعال المحدد في الجزيئات التساهمية تساهميةنصف قطر في بلورات معدنية - معدننصف قطر في المركبات ذات الرابطة الأيونية - أيونينصف قطر. تختلف أنصاف الأقطار الفعالة عن نصف القطر المداري ، ولكن تغييرها حسب العدد الذري يكون دوريًا أيضًا.
من الخصائص المهمة للذرة حجمها ، أي نصف القطر الذري. لم يتم تحديد حجم الذرة الفردية ، نظرًا لأن حدودها الخارجية غير واضحة بسبب الوجود المحتمل للإلكترونات في نقاط مختلفة في الفضاء المحيطي. وبسبب هذا ، اعتمادًا على نوع الرابطة بين الذرات ، يتم تمييز نصف القطر المعدني ، التساهمي ، فان دير فال ، الأيوني ، وأنصاف الأقطار الذرية الأخرى.
نصف قطر "معدني" (r me)تم العثور عليها عن طريق خفض أقصر المسافات بين الذرية إلى النصف في الهياكل البلوريةمواد بسيطة مع رقم تنسيق 12. لقيم أخرى لـ c.h. التصحيح اللازم يؤخذ في الاعتبار.
قيم نصف القطر التساهمي (ص كوف)محسوبة بنصف طول الرابطة المتجانسة. إذا كان من المستحيل تحديد طول رابطة ذرية واحدة ، يتم الحصول على قيمة r cov لذرة العنصر A بطرح نصف القطر التساهمي لذرة العنصر B من طول متغاير الذرات وصلات AB. يعتمد نصف القطر التساهمي بشكل أساسي على حجم غلاف الإلكترون الداخلي.
نصف قطر ذرات التكافؤ غير المنضمة - نصف قطر فان دير فالس (ص)تحديد الأحجام الفعالة للذرات بسبب قوى التنافر لمستويات الطاقة المملوءة.
تحدد قيم طاقة الإلكترون بواسطة قواعد سلاتر. جعل من الممكن تقدير القيمة النسبية - الحجم الظاهر للذرة - r cmp (نصف القطر التجريبي).
يُعطى طول الرابطة بالأنجستروم (1 Å = 0.1 نانومتر = 100 م).
| عنصر | ص لي | ص كوف | rw | ص سمب |
| ح | 0.46 | 0.37 | 1.20 | 0.25 |
| هو | 1.22 | 0.32 | 1.40 | - |
| لي | 1.55 | 1.34 | 1.82 | 1.45 |
| يكون | 1.13 | 0.90 | - | 1.05 |
| ب | 0.91 | 0.82 | - | 0.85 |
| ج | 0.77 | 0.77 | 1.70 | 0.70 |
| ن | 0.71 | 0.75 | 1.55 | 0.65 |
| ا | - | 0.73 | 1.52 | 0.60 |
| F | - | 0.71 | 1.47 | 0.50 |
| ني | 1.60 | 0.69 | 1.54 | - |
| نا | 1.89 | 1.54 | 2.27 | 1.80 |
| ملغ | 1.60 | 1.30 | 1.73 | 1.50 |
| ال | 1.43 | 1.18 | - | 1.25 |
| سي | 1.34 | 1.11 | 2.10 | 1.10 |
| ص | 1.30 | 1.06 | 1.80 | 1.00 |
| س | - | 1.02 | 1.80 | 1.00 |
| Cl | - | 0.9 | 1.75 | 1.00 |
| أر | 1.92 | 0.97 | 1.88 | - |
| ك | 2.36 | 1.96 | 2.75 | 2.20 |
| كاليفورنيا | 1.97 | 1.74 | - | 1.80 |
| الشوري | 1.64 | 1.44 | - | 1.60 |
| تي | 1.46 | 1.36 | - | 1.40 |
| الخامس | 1.34 | 1.25 | - | 1.35 |
| سجل تجاري | 1.27 | 1.27 | - | 1.40 |
| مينيسوتا | 1.30 | 1.39 | - | 1.40 |
| الحديد | 1.26 | 1.25 | - | 1.40 |
| شارك | 1.25 | 1.26 | - | 1.35 |
| ني | 1.24 | 1.21 | 1.63 | 1.35 |
| النحاس | 1.28 | 1.38 | 1.40 | 1.35 |
| Zn | 1.39 | 1.31 | 1.39 | 1.35 |
| جا | 1.39 | 1.26 | 1.87 | 1.30 |
| Ge | 1.39 | 1.22 | - | 1.25 |
| مثل | 1.48 | 1.19 | 1.85 | 1.15 |
| حد ذاتها | 1.60 | 1.16 | 1.90 | 1.15 |
| Br | - | 1.14 | 1.85 | 1.15 |
| كرونة | 1.98 | 1.10 | 2.02 | - |
| ر | 2.48 | 2.11 | - | 2.35 |
| ريال سعودى | 2.15 | 1.92 | - | 2.00 |
| ص | 1.81 | 1.62 | - | 1.80 |
| Zr | 1.60 | 1.48 | - | 1.55 |
| ملحوظة | 1.45 | 1.37 | - | 1.45 |
| شهر | 1.39 | 1.45 | - | 1.45 |
| ح | 1.36 | 1.56 | - | 1.35 |
| رو | 1.34 | 1.26 | - | 1.30 |
| Rh | 1.34 | 1.35 | - | 1.35 |
| PD | 1.37 | 1.31 | 1.63 | 1.40 |
| اي جي | 1.44 | 1.53 | 1.72 | 1.60 |
| قرص مضغوط | 1.56 | 1.48 | 1.58 | 1.55 |
| في | 1.66 | 1.44 | 1.93 | 1.55 |
| sn | 1.58 | 1.41 | 2.17 | 1.45 |
| تي | 1.70 | 1.35 | 2.06 | 1.40 |
| أنا | - | 1.33 | 1.98 | 1.40 |
| Xe | 2.18 | 1.30 | 2.16 | - |
| سي اس | 2.68 | 2.25 | - | 2.60 |
| با | 2.21 | 1.98 | - | 2.15 |
| لا | 1.87 | 1.69 | - | 1.95 |
| م | 1.83 | - | - | 1.85 |
| العلاقات العامة | 1.82 | - | - | 1.85 |
| اختصار الثاني | 1.82 | - | - | 1.85 |
| مساءً | - | - | - | 1.85 |
| سم | 1.81 | - | - | 1.85 |
| الاتحاد الأوروبي | 2.02 | - | - | 1.80 |
| Gd | 1.79 | - | - | 1.80 |
| السل | 1.77 | - | - | 1.75 |
| دى | 1.77 | - | - | 1.75 |
| هو | 1.76 | - | - | 1.75 |
| إيه | 1.75 | - | - | 1.75 |
| تم | 1.74 | - | - | 1.75 |
| يب | 1.93 | - | - | 1.75 |
| لو | 1.74 | 1.60 | - | 1.75 |
| hf | 1.59 | 1.50 | - | 1.55 |
| تا | 1.46 | 1.38 | - | 1.45 |
| دبليو | 1.40 | 1.46 | - | 1.35 |
| يكرر | 1.37 | 1.59 | - | 1.35 |
| نظام التشغيل | 1.35 | 1.28 | - | 1.30 |
| الأشعة تحت الحمراء | 1.35 | 1.37 | - | 1.35 |
| نقطة | 1.38 | 1.28 | 1.75 | 1.35 |
| Au | 1.44 | 1.44 | 1.66 | 1.35 |
| زئبق | 1.60 | 1.49 | 1.55 | 1.50 |
| تل | 1.71 | 1.48 | 1.96 | 1.90 |
| الرصاص | 1.75 | 1.47 | 2.02 | 1.80 |
| ثنائية | 1.82 | 1.46 | - | 1.60 |
| بو | - | - | - | 1.90 |
| في | - | - | - | - |
| آكانيوز | - | 1.45 | - | - |
| الاب | 2.80 | - | - | - |
| رع | 2.35 | - | - | 2.15 |
| تيار متردد | 2.03 | - | - | 1.95 |
| ذ | 180 | - | - | 1.80 |
| بنسلفانيا | 1.62 | - | - | 1.80 |
| يو | 1.53 | - | 1.86 | 1.75 |
| Np | 1.50 | - | - | 1.75 |
| بو | 1.62 | - | - | 1.75 |
| أكون | - | - | - | 1.75 |
الاتجاه العام لنصف القطر الذري هو كما يلي. في المجموعات ، يزداد نصف القطر الذري ، لأنه مع زيادة عدد مستويات الطاقة ، تزداد أحجام المدارات الذرية ذات القيمة الكبيرة للرقم الكمي الرئيسي. بالنسبة لعناصر d ، التي يتم ملء مدارات مستوى الطاقة السابق في ذراتها ، فإن هذا الاتجاه ليس له طابع مميز أثناء الانتقال من عناصر الفترة الخامسة إلى عناصر الفترة السادسة.
في فترات صغيرة ، يتناقص نصف قطر الذرات بشكل عام ، لأن الزيادة في شحنة النواة أثناء الانتقال إلى كل عنصر تالٍ تؤدي إلى جذب الإلكترونات الخارجية بقوة متزايدة ؛ يظل عدد مستويات الطاقة في نفس الوقت ثابتًا.
التغيير في نصف القطر الذري في فترات العناصر d أكثر تعقيدًا.
ترتبط قيمة نصف القطر الذري ارتباطًا وثيقًا بخاصية مهمة للذرة مثل طاقة التأين. يمكن أن تفقد الذرة إلكترونًا واحدًا أو أكثر ، وتتحول إلى أيون موجب الشحنة - كاتيون. يتم تحديد هذه القدرة بواسطة طاقة التأين.
قائمة الأدب المستخدم
- بوبكوف في أ.، Puzakov S. A. الكيمياء العامة: كتاب مدرسي. - م: GEOTAR-Media ، 2010. - 976 ص: ISBN 978-5-9704-1570-2. [مع. 27-28]
- فولكوف ، إيه آي ، زارسكي ، آي إم.كتاب مرجعي كيميائي كبير / A.I. فولكوف ، إ. زارسكي. - مينسك: المدرسة الحديثة ، 2005. - 608 برقم ISBN 985-6751-04-7.
