شعاع اتمی کره. شعاع اتمی موثر خواص پیوند شیمیایی

شعاع مؤثر یک اتم یا یون به عنوان شعاع کره عمل آن درک می شود و اتم (یون) یک توپ تراکم ناپذیر در نظر گرفته می شود. با استفاده از مدل سیاره ای اتم، به عنوان هسته ای نشان داده می شود که الکترون ها در مدارها به دور آن می چرخند. توالی عناصر در سیستم تناوبی مندلیف با دنباله پر شدن لایه های الکترونی مطابقت دارد. شعاع مؤثر یک یون به اشغال لایه های الکترونی بستگی دارد، اما با شعاع مدار بیرونی برابر نیست. برای تعیین شعاع مؤثر، اتم‌ها (یون‌ها) در ساختار بلوری به صورت توپ‌های صلب در تماس نشان داده می‌شوند، به طوری که فاصله بین مراکز آنها برابر با مجموع شعاع‌ها است. شعاع اتمی و یونی به صورت تجربی از اندازه‌گیری‌های پرتو ایکس فواصل بین اتمی تعیین شد و به صورت نظری بر اساس مفاهیم مکانیک کوانتومی محاسبه شد.

اندازه شعاع یونی از قوانین زیر پیروی می کند:

1. در یک ردیف عمودی از سیستم تناوبی، شعاع یون‌هایی با بار یکسان با افزایش عدد اتمی افزایش می‌یابد، زیرا تعداد لایه‌های الکترون و در نتیجه اندازه اتم افزایش می‌یابد.

2. برای همان عنصر، شعاع یونی با افزایش بار منفی افزایش می یابد و با افزایش بار مثبت کاهش می یابد. شعاع آنیون بزرگتر از شعاع کاتیون است، زیرا آنیون دارای الکترون اضافی است، در حالی که کاتیون دارای کمبود است. به عنوان مثال، برای Fe، Fe 2+، Fe 3+، شعاع مؤثر به ترتیب 0.126، 0.080 و 0.067 نانومتر است، برای Si 4-، Si، Si 4+، شعاع مؤثر 0.198، 0.118 و 0.040 نانومتر است.

3. اندازه اتم ها و یون ها از تناوب سیستم مندلیف پیروی می کنند. استثناء عناصر از شماره 57 (لانتانیم) تا شماره 71 (لوتسیم)، که در آن شعاع اتمی افزایش نمی یابد، اما به طور یکنواخت کاهش می یابد (به اصطلاح انقباض لانتانید)، و عناصر از شماره 89 (اکتینیم) و فراتر از آن ( به اصطلاح انقباض اکتینوئید).

شعاع اتمی یک عنصر شیمیایی به عدد هماهنگی بستگی دارد. افزایش تعداد هماهنگی همیشه با افزایش فواصل بین اتمی همراه است. در این حالت، تفاوت نسبی بین مقادیر شعاع اتمی مربوط به دو عدد هماهنگی متفاوت به نوع پیوند شیمیایی بستگی ندارد (به شرطی که نوع پیوند در ساختارهایی با اعداد هماهنگی مقایسه شده یکسان باشد). تغییر در شعاع اتمی با تغییر در عدد هماهنگی به طور قابل توجهی بر میزان تغییرات حجمی در طول تبدیل‌های چندشکلی تأثیر می‌گذارد. به عنوان مثال، هنگامی که آهن سرد می شود، تبدیل آن از یک اصلاح مکعبی محور به یک تغییر مکعب محور بدنه که در دمای 906 درجه سانتیگراد رخ می دهد باید با افزایش حجم 9٪ همراه باشد، در واقع افزایش حجم 0.8 است. ٪. این به این دلیل است که به دلیل تغییر عدد هماهنگی از 12 به 8، شعاع اتمی آهن 3٪ کاهش می یابد. یعنی تغییر در شعاع اتمی در طول تبدیل‌های چندشکلی تا حد زیادی تغییرات حجمی را جبران می‌کند که اگر شعاع اتمی در این مورد تغییر نمی‌کرد، باید رخ دهد. شعاع اتمی عناصر را فقط می توان با همان عدد هماهنگی مقایسه کرد.

شعاع اتمی (یونی) به نوع پیوند شیمیایی نیز بستگی دارد.

در کریستال های دارای پیوند فلزی، شعاع اتمی به عنوان نصف فاصله بین اتمی بین نزدیکترین اتم ها تعریف می شود. در مورد محلول های جامد، شعاع اتمی فلزی به روشی پیچیده تغییر می کند.

در زیر شعاع کووالانسی عناصر با پیوند کووالانسی، نیمی از فاصله بین اتمی بین نزدیکترین اتم های متصل شده توسط یک پیوند کووالانسی مشخص می شود. یکی از ویژگی های شعاع های کووالانسی ثبات آنها در ساختارهای کووالانسی مختلف با اعداد هماهنگی یکسان است. بنابراین، فواصل در مجرد اوراق قرضه C-Cدر الماس و هیدروکربن های اشباع یکسان و برابر با 0.154 نانومتر است.

شعاع یونی در مواد با پیوند یونی را نمی توان به عنوان نصف مجموع فواصل بین نزدیکترین یون ها تعریف کرد. به عنوان یک قاعده، اندازه کاتیون ها و آنیون ها به شدت متفاوت است. علاوه بر این، تقارن یون ها با کروی متفاوت است. چندین روش برای تخمین مقدار شعاع یونی وجود دارد. بر اساس این رویکردها، شعاع یونی عناصر تخمین زده می‌شود و سپس شعاع یونی عناصر دیگر از فواصل بین اتمی تعیین‌شده تجربی تعیین می‌شود.

شعاع واندروالس اندازه موثر اتم های گاز نجیب را تعیین می کند. علاوه بر این، شعاع اتمی واندروالس نیمی از فاصله بین هسته‌ای بین نزدیک‌ترین اتم‌های یکسانی است که از نظر شیمیایی پیوند ندارند، یعنی. متعلق به مولکول های مختلف (به عنوان مثال، در کریستال های مولکولی).

هنگام استفاده از مقادیر شعاع اتمی (یونی) در محاسبات و ساختارها، مقادیر آنها باید از جداول ساخته شده بر اساس یک سیستم گرفته شود.

اندازه ذرات اغلب نوع ساختار کریستالی را تعیین می کند، برای درک جریان بسیاری از آنها مهم است واکنش های شیمیایی. اندازه اتم ها، یون ها، مولکول ها توسط الکترون های ظرفیت تعیین می شود. مبنای درک این موضوع - الگوهای تغییرات در شعاع مداری - در Sec. 2.4. اتم هیچ مرزی ندارد و اندازه آن یک مقدار شرطی است. با این وجود، می توان اندازه یک اتم آزاد را با شعاع مداری مشخص کرد. اما معمولاً اتم‌ها و یون‌ها در ترکیب یک ماده (در یک مولکول، پلیمر، مایع یا جامد)، و نه آزاد، مورد توجه عملی هستند. از آنجایی که حالت های یک اتم آزاد و محدود به طور قابل توجهی متفاوت است (و مهمتر از همه، انرژی آنها)، اندازه ها نیز باید متفاوت باشند.

برای اتم های مقید، می توان مقادیری را نیز معرفی کرد که اندازه آنها را مشخص می کند. اگرچه ابرهای الکترونی اتم های محدود می توانند به طور قابل توجهی با ابرهای کروی متفاوت باشند، معمولاً اندازه اتم ها مشخص می شود. کارآمد (آشکار) شعاع ها .

اندازه اتم های یک عنصر اساساً به ترکیب آن بستگی دارد ترکیب شیمیاییاتم با چه نوع پیوندی است. به عنوان مثال، برای هیدروژن، نیمی از فاصله بین اتمی در مولکول H 2 0.74/2 = 0.37 Å است و در هیدروژن فلزی، مقدار شعاع 0.46 Å است. بنابراین، اختصاص دهید شعاع کووالانسی، یونی، فلزی و واندروالسی . به عنوان یک قاعده، در مفاهیم شعاع مؤثر، فواصل بین اتمی (به طور دقیق تر، فواصل بین هسته ای) به عنوان مجموع شعاع دو اتم همسایه در نظر گرفته می شود و اتم ها را به عنوان توپ های تراکم ناپذیر در نظر می گیرند. با وجود داده های آزمایشی قابل اعتماد و دقیق در مورد فواصل بین اتمی (و چنین داده هایی برای مدت طولانی هم برای مولکول ها و هم برای کریستال ها با دقت هزارم آنگستروم در دسترس بوده است)، یک مشکل برای تعیین شعاع هر اتم باقی می ماند - نحوه توزیع فاصله بین اتمی بین دو اتم واضح است که این مشکل تنها با ارائه داده ها یا فرضیات مستقل اضافی قابل حل است.

پایان کار -

این موضوع متعلق به:

خواص پیوند شیمیایی

در سایت بخوانید: "خواص پیوند شیمیایی" ..

اگر احتیاج داری مواد اضافیدر مورد این موضوع، یا آنچه را که به دنبال آن بودید پیدا نکردید، توصیه می کنیم از جستجو در پایگاه داده آثار ما استفاده کنید:

با مطالب دریافتی چه خواهیم کرد:

اگر این مطالب برای شما مفید بود، می توانید آن را در صفحه خود در شبکه های اجتماعی ذخیره کنید:

توییت

تمامی موضوعات این بخش:

شعاع های کووالانسی
بارزترین وضعیت مربوط به شعاع های کووالانسی برای اتم هایی است که مولکول های دو اتمی غیر قطبی را تشکیل می دهند. در چنین مواردی، شعاع کووالانسی دقیقاً نصف فاصله بین اتمی است

شعاع یونی
زیرا در n. y مشاهده مولکول ها با پیوندهای یونی دشوار است و در عین حال تعداد زیادی از ترکیبات تشکیل دهنده بلورهای یونی شناخته شده است، پس وقتی صحبت از شعاع یونی می شود،

شعاع های فلزی
به خودی خود، تعیین شعاع فلزی مشکلی ندارد - کافی است فاصله بین هسته ای را در فلز مربوطه اندازه گیری کنید و آن را به نصف تقسیم کنید. روی میز. 20 مقداری متد هستند

شعاع واندروالس
شعاع واندروالس را می توان با اندازه گیری فواصل بین اتم ها در یک بلور زمانی که هیچ پیوند شیمیایی بین آنها وجود ندارد تعیین کرد. به عبارت دیگر، اتم ها متعلق به مولکول های مختلف هستند.

سوالاتی برای خودآزمایی
1. شعاع های مداری و موثر کدامند؟ 2. تفاوت بین شعاع گلوله و اتم یا یون چیست؟ 3. در چه مواردی شعاع کووالانسی برابر با نصف طول است

بارهای موثر اتم ها
هنگامی که یک پیوند شیمیایی تشکیل می شود، چگالی الکترون دوباره توزیع می شود، و در مورد پیوند قطبیاتم ها بار الکتریکی دارند. این هزینه ها موثر نامیده می شوند. هارا هستند

بارهای موثر در برخی از بلورهای یونی
ماده CsF CsCl NaF NaCl LiF LiCl LiI DEO 3.3

بارهای موثر اتم ها در اکسیدها (طبق نظر N. S. Akhmetov)
اکسید Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO

سوالاتی برای خودآزمایی
1. بار موثر اتم چقدر است؟ 2. آیا بار موثر می تواند از حالت اکسیداسیون اتم (بر حسب مدول) فراتر رود؟ 3. درجه یونی بودن یک پیوند چقدر است؟ 4. ک

ظرفیت
به طور کلی، ظرفیت توانایی اتم های یک عنصر را برای تشکیل ترکیباتی حاوی یک ترکیب خاص (نسبت های معینی از تعداد عناصر مختلف در ترکیب) مشخص می کند. اغلب در

سوالاتی برای خودآزمایی
1. اصطلاحات را تعریف کنید: درجه اکسیداسیون; کووالانسی شماره هماهنگی؛ عدد فضایی 2. کووالانس، حالت اکسیداسیون و CN را برای: H2S تعیین کنید. اچ

انرژی پیوند
بزرگی انرژی مهمترین مشخصه پیوند است که مقاومت مواد در برابر گرما، نور، تنش مکانیکی و واکنش با سایر مواد را تعیین می کند[†]. وجود داشته باشد روش های مختلفاوه

انرژی های اتصال مولکول های دو اتمی در یک گاز (N.N. Pavlov)
مولکول H2 Li2 Na2 K2 F2 Cl2

سوالاتی برای خودآزمایی
1. تغییر انرژی پیوند C-N را در سری H3CNH2، H2CNH، HCNH پیش بینی کنید. 2. تغییر انرژی اتصال را در سری های O2، S2، Se2 پیش بینی کنید

پیوند شیمیایی و سیستم تناوبی عناصر
اجازه دهید قوانین ساختار و خواص برخی از مواد ساده و ساده ترین ترکیبات را که توسط ساختار الکترونیکی اتم های آنها تعیین می شود، در نظر بگیریم. اتم های گاز نجیب (گروه VIIIA) به طور کامل

تغییر در فواصل بین اتمی برای مواد ساده از گروه VIA
ماده فاصله بین اتم ها، Å در داخل مولکول ها بین مولکول ها تفاوت S

اضافی
3. شیمی عمومی / ویرایش. E. M. Sokolovskaya. M.: انتشارات دانشگاه دولتی مسکو، 1989. 4. Ugay Ya. O. شیمی عمومی. م.: بالاتر. مدرسه، 1984. 5. او همان است. شیمی عمومی و معدنی. م..

یکی از مهمترین ویژگی های عناصر شیمیایی که در تشکیل پیوند شیمیایی نقش دارند، اندازه یک اتم (یون) است: با افزایش آن، استحکام پیوندهای بین اتمی کاهش می یابد. اندازه یک اتم (یون) معمولاً با مقدار شعاع یا قطر آن تعیین می شود. از آنجایی که یک اتم (یون) مرزهای واضحی ندارد، مفهوم "شعاع اتمی (یونی)" به این معنی است که 90-98٪ از چگالی الکترون یک اتم (یون) در کره این شعاع قرار دارد. دانستن مقادیر شعاع های اتمی (یونی) تخمین فواصل بین هسته ای در کریستال ها (یعنی ساختار این بلورها) را ممکن می سازد، زیرا برای بسیاری از مسائل می توان کوتاه ترین فاصله بین هسته اتم ها (یون ها) را در نظر گرفت. مجموع شعاع اتمی (یونی) آنها، اگرچه چنین افزایشی تقریبی است و در همه موارد برآورده نمی شود.

زیر شعاع اتمیعنصر شیمیایی (درباره شعاع یونی، در زیر) که در تشکیل یک پیوند شیمیایی نقش دارد، در حالت کلی، توافق کردند که نیمی از فاصله بین هسته‌ای تعادل بین نزدیک‌ترین اتم‌ها در شبکه بلوری عنصر را درک کنند. این مفهوم، که بسیار ساده است اگر اتم ها (یون ها) را به عنوان کره های صلب در نظر بگیریم، در واقع پیچیده و اغلب مبهم است. شعاع اتمی (یونی) یک عنصر شیمیایی مقدار ثابتی نیست، بلکه بسته به عوامل متعددی متفاوت است که مهمترین آنها نوع پیوند شیمیایی است.

و شماره هماهنگی

اگر همان اتم (یون) در کریستال های مختلف تشکیل شود انواع متفاوتپیوند شیمیایی ، سپس چندین شعاع - کووالانسی در یک کریستال با پیوند کووالانسی خواهد داشت. یونی در کریستال با پیوند یونی؛ فلز در فلز؛ واندروالس در یک کریستال مولکولی. تاثیر نوع پیوند شیمیایی را می توان در مثال زیر مشاهده کرد. در الماس، هر چهار پیوند شیمیایی کووالانسی هستند و تشکیل می شوند sp 3-هیبرید، بنابراین هر چهار همسایه یک اتم معین روی یک و

به همان فاصله از آن د= 1.54 A˚) و شعاع کووالانسی کربن در الماس خواهد بود

برابر با 0.77 A˚ است. در یک کریستال آرسنیک، فاصله بین اتم های محدود شده توسط پیوندهای کووالانسی ( د 1 = 2.52 A˚)، بسیار کمتر از بین اتم های محدود شده توسط نیروهای واندروالس ( د 2 = 3.12 A˚)، بنابراین As دارای شعاع کووالانسی 1.26 A˚ و واندروالس 1.56 A˚ خواهد بود.

شعاع اتمی (یونی) نیز با تغییر در عدد هماهنگی بسیار شدید تغییر می کند (این را می توان در طول تبدیل چند شکلی عناصر مشاهده کرد). هرچه عدد هماهنگی کوچکتر باشد، درجه پر شدن فضا با اتم ها (یون ها) کمتر و فواصل بین هسته ای کمتر می شود. افزایش تعداد هماهنگی همیشه با افزایش فواصل بین هسته ای همراه است.

از مطالب فوق چنین برمی‌آید که شعاع اتمی (یونی) عناصر مختلف که در تشکیل پیوند شیمیایی دخیل هستند، تنها زمانی قابل مقایسه هستند که بلورهایی را تشکیل دهند که در آنها همان نوع پیوند شیمیایی وجود داشته باشد، و این عناصر در بلورهای تشکیل‌شده دارای همان شماره های هماهنگی .

اجازه دهید ویژگی های اصلی شعاع اتمی و یونی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

زیر شعاع کووالانسی عناصرمرسوم است که نیمی از فاصله بین هسته‌ای تعادل بین نزدیک‌ترین اتم‌هایی که با پیوند کووالانسی متصل شده‌اند را درک کنیم.

یکی از ویژگی های شعاع های کووالانسی ثبات آنها در "ساختارهای کووالانسی" مختلف با عدد هماهنگی یکسان است. ز j. علاوه بر این، شعاع های کووالانسی، به عنوان یک قاعده، به صورت افزایشی به یکدیگر پیوند می خورند، یعنی فاصله A-B نصف مجموع فاصله های A-A و B-B در حضور پیوندهای کووالانسی و همان است. اعداد هماهنگی در هر سه ساختار.

شعاع های کووالانسی نرمال، چهار وجهی، هشت وجهی، درجه دوم و خطی وجود دارد.

شعاع کووالانسی معمولی یک اتم مطابق با حالتی است که یک اتم به همان اندازه پیوند کووالانسی تشکیل دهد که با جایگاه خود در جدول تناوبی مطابقت دارد: برای کربن - 2، برای نیتروژن - 3 و غیره. معانی مختلفشعاع نرمال بسته به تعدد (ترتیب) پیوند (پیوند منفرد، دوتایی، سه گانه). اگر پیوند با همپوشانی ابرهای الکترونی ترکیبی ایجاد شود، آنگاه از چهار وجهی صحبت می کنند.

(ز k = 4، sp 3-اوربیتال های هیبریدی)، هشت وجهی ( ز k = 6، د 2sp 3-اوربیتال های هیبریدی)، درجه دوم ( ز k = 4، dspاوربیتال های 2-هیبرید)، خطی ( ز k = 2، sp-اوربیتال های هیبریدی) شعاع های کووالانسی.

دانستن موارد زیر در مورد شعاع های کووالانسی مفید است (مقادیر شعاع های کووالانسی برای تعدادی از عناصر آورده شده است).

1. شعاع کووالانسی را بر خلاف یونی نمی توان به شعاع اتم هایی که شکل کروی دارند تعبیر کرد. شعاع های کووالانسی فقط برای محاسبه فواصل بین هسته ای بین اتم های متحد شده توسط پیوندهای کووالانسی استفاده می شود و در مورد فاصله بین اتم های از همان نوع که پیوند کووالانسی ندارند چیزی نمی گویند.

2. مقدار شعاع کووالانسی با تعدد پیوند کووالانسی تعیین می شود. یک پیوند سه گانه کوتاهتر از یک پیوند دوگانه است، که به نوبه خود کوتاهتر از یک پیوند است، بنابراین شعاع کووالانسی یک پیوند سه گانه کوچکتر از شعاع کووالانسی یک پیوند دوگانه است که کوچکتر است.

تنها. باید در نظر داشت که ترتیب تعدد رابطه لازم نیست یک عدد صحیح باشد. همچنین اگر پیوند رزونانس باشد، می تواند کسری باشد (مولکول بنزن، ترکیب Mg2 Sn، در زیر ببینید). در این مورد، شعاع کووالانسی دارای یک مقدار میانی بین مقادیر مربوط به مرتبه های صحیح تعدد پیوند است.

3. اگر پیوند ماهیت کووالانسی-یونی مختلط، اما با درجه بالایی از جزء کووالانسی پیوند باشد، می توان مفهوم شعاع کووالانسی را معرفی کرد، اما تأثیر جزء یونی پیوند بر آن ارزش را نمی توان نادیده گرفت در برخی موارد، این اثر می تواند منجر به کاهش قابل توجهی در شعاع کووالانسی شود، گاهی اوقات تا 0.1 A˚. متأسفانه تلاش برای پیش بینی میزان این اثر در موارد مختلف است

موارد هنوز موفقیت آمیز نبوده است.

4. مقدار شعاع کووالانسی بستگی به نوع اوربیتال های هیبریدی دارد که در تشکیل پیوند کووالانسی شرکت می کنند.

شعاع یونیالبته، نمی توان نیمی از مجموع فاصله بین هسته های نزدیکترین یون ها را تعریف کرد، زیرا، به عنوان یک قاعده، اندازه کاتیون ها و آنیون ها به شدت متفاوت است. علاوه بر این، تقارن یون ها ممکن است تا حدودی با کروی متفاوت باشد. با این وجود، برای کریستال های یونی واقعی زیر شعاع یونیمرسوم است که شعاع توپ را که تقریباً یون است، درک کنیم.

شعاع یونی برای تخمین تقریبی فواصل بین هسته ای در بلورهای یونی استفاده می شود. فرض بر این است که فاصله بین نزدیکترین کاتیون و آنیون برابر است با مجموع شعاع یونی آنها. خطای معمولی در تعیین فواصل بین هسته ای بر حسب شعاع یونی در چنین بلورهایی ≈0.01 A˚ است.

چندین سیستم از شعاع یونی وجود دارد که در مقادیر شعاع یونی یون‌های منفرد متفاوت است، اما به فاصله‌های بین هسته‌ای تقریباً یکسانی منجر می‌شود. اولین کار در مورد تعیین شعاع یونی توسط V. M. Goldshmit در دهه 1920 انجام شد. نویسنده در آن، از یک سو، از فواصل بین هسته‌ای در بلورهای یونی اندازه‌گیری شده با آنالیز ساختاری اشعه ایکس، و از سوی دیگر، از مقادیر شعاع یونی F– و O2– که توسط

روش انکسار سنجی بیشتر سیستم‌های دیگر نیز به فواصل بین هسته‌ای در کریستال‌ها که با روش‌های پراش تعیین می‌شوند و بر روی برخی مقادیر «مرجع» شعاع یونی یک یون خاص متکی هستند. در شناخته شده ترین سیستم

پالینگ، این مقدار مرجع شعاع یونی یون پراکسید O2- برابر است با

1.40A˚. این مقدار برای O2- به خوبی با محاسبات نظری مطابقت دارد. در سیستم G. B. Bokiya و N. V. Belov که یکی از قابل اعتمادترین ها محسوب می شود، شعاع یونی O2– برابر با 1.36 A˚ در نظر گرفته شده است.

در دهه‌های 1970 و 1980، تلاش‌هایی برای تعیین مستقیم شعاع یون‌ها با اندازه‌گیری چگالی الکترون با استفاده از آنالیز ساختاری اشعه ایکس انجام شد، مشروط بر اینکه حداقل چگالی الکترون در خط اتصال هسته‌ها به عنوان مرز یون‌ها در نظر گرفته شود. . معلوم شد که این روش مستقیم منجر به بیش از حد تخمین زده شدن مقادیر شعاع یونی کاتیون ها و به دست کم گرفتن مقادیر شعاع یونی آنیون ها می شود. علاوه بر این، مشخص شد که مقادیر شعاع یونی تعیین شده با روش مستقیم نمی تواند از یک ترکیب به ترکیب دیگر منتقل شود و انحرافات از افزایش بسیار زیاد است. بنابراین، چنین شعاع یونی برای پیش بینی فواصل بین هسته ای استفاده نمی شود.

دانستن موارد زیر در مورد شعاع یونی مفید است (در جداول زیر مقادیر شعاع یونی مطابق با Bokiy و Belov آورده شده است).

1. شعاع یونی برای یون های یک عنصر بسته به بار آن متفاوت است و برای همان یون به عدد هماهنگی بستگی دارد. بسته به عدد هماهنگی، شعاع های یونی چهار وجهی و هشت وجهی متمایز می شوند.

2. داخل یک ردیف عمودی، به طور دقیق تر، داخل یک گروه، دوره ای

در سیستم، شعاع یون های با بار یکسان با افزایش تعداد اتمی عنصر افزایش می یابد، زیرا تعداد پوسته های اشغال شده توسط الکترون ها و در نتیجه اندازه یون افزایش می یابد.

شعاع، A˚

3. برای یون های دارای بار مثبت اتم های همان دوره، شعاع یونی به سرعت با افزایش بار کاهش می یابد. کاهش سریع با عمل دو عامل اصلی در یک جهت توضیح داده می شود: جاذبه قوی الکترون های "خود" توسط کاتیون، که بار آن با افزایش عدد اتمی افزایش می یابد. افزایش قدرت برهمکنش بین کاتیون و آنیون های اطراف آن با افزایش بار کاتیون.

شعاع، A˚

4. برای یون های بار منفی اتم های همان دوره، شعاع یونی با افزایش بار منفی افزایش می یابد. دو عامل مورد بحث در پاراگراف قبل در این مورد در جهت مخالف عمل می کنند و عامل اول غالب است (افزایش بار منفی آنیون با افزایش شعاع یونی آن همراه است) بنابراین افزایش شعاع یونی با افزایش بار منفی بسیار کندتر از کاهش در مورد قبلی اتفاق می افتد.

شعاع، A˚

5. برای همان عنصر، یعنی با همان پیکربندی الکترونیکی اولیه، شعاع کاتیون کمتر از آنیون است. این به دلیل کاهش جذب الکترون های "اضافی" خارجی به هسته آنیون و افزایش اثر غربالگری به دلیل الکترون های داخلی است (کاتیون دارای کمبود الکترون است، در حالی که آنیون دارای اضافی است).

شعاع، A˚

6. اندازه یون های با بار یکسان از تناوب جدول تناوبی پیروی می کنند. با این حال، مقدار شعاع یونی متناسب با بار هسته نیست ز، که به دلیل جاذبه قوی الکترون ها توسط هسته است. علاوه بر این، لانتانیدها و اکتینیدها که در سری آنها شعاع اتم ها و یون های با بار یکسان افزایش نمی یابد، اما با افزایش عدد اتمی کاهش می یابد (به اصطلاح انقباض لانتانید و انقباض اکتینید)، از وابستگی دوره ای استثنا هستند. .11

11 انقباض لانتانید و انقباض اکتینید به این دلیل است که در لانتانیدها و اکتینیدها، الکترون ها با افزایش عدد اتمی اضافه می شوند. داخلی دو f- پوسته هایی با عدد کوانتومی اصلی کمتر از عدد کوانتومی اصلی یک دوره معین. در عین حال، طبق محاسبات مکانیک کوانتومی در دو به خصوص در fبیان می کند، الکترون بسیار نزدیکتر از هسته به هسته است سو پحالات یک دوره معین با یک عدد کوانتومی بزرگ، بنابراین دو f-الکترون‌ها در نواحی داخلی اتم قرار دارند، اگرچه پر شدن این حالت‌ها با الکترون‌ها (ما در مورد سطوح الکترونیکی در فضای انرژی صحبت می‌کنیم) به طور متفاوتی اتفاق می‌افتد.

شعاع های فلزیبرابر با نیمی از کوتاه ترین فاصله بین هسته اتم ها در ساختار تبلور یک عنصر فلزی در نظر گرفته می شوند. آنها به شماره هماهنگی بستگی دارند. اگر شعاع فلزی هر عنصر را در ز k \u003d 12 در هر واحد، سپس با ز k = 8، 6 و 4 شعاع فلزی همان عنصر به ترتیب 0.98 خواهد بود. 0.96; 0.88. شعاع های فلزی خاصیت افزایشی دارند. دانستن مقادیر آنها، پیش بینی تقریباً پارامترهای شبکه های کریستالی ترکیبات بین فلزی را ممکن می سازد.

شعاع اتمی فلزات با ویژگی های زیر مشخص می شود (داده های مربوط به مقادیر شعاع اتمی فلزات را می توان در آن یافت).

1. شعاع اتمی فلزی فلزات واسطه معمولاً کوچکتر از شعاع اتمی فلزی فلزات غیرگذر است که نشان دهنده استحکام پیوند بیشتر در فلزات واسطه است. این ویژگی به این دلیل است که فلزات گروه های انتقالی و فلزات نزدیک به آنها در سیستم تناوبی دارای الکترونیک هستند. د-پوسته ها و الکترون ها در د- دولت ها می توانند در تشکیل پیوند شیمیایی شرکت کنند. تقویت پیوند ممکن است تا حدی به دلیل ظاهر یک جزء کووالانسی پیوند و تا حدودی به دلیل برهمکنش واندروالسی هسته های یونی باشد. به عنوان مثال، در بلورهای آهن و تنگستن، الکترون ها در د- دولت ها سهم قابل توجهی در انرژی اتصال دارند.

2. در یک گروه عمودی، با حرکت از بالا به پایین، شعاع اتمی فلزات افزایش می یابد که به دلیل افزایش متوالی تعداد الکترون ها است (تعداد پوسته های اشغال شده توسط الکترون ها افزایش می یابد).

3. در یک دوره، به طور دقیق تر، از فلز قلیایی شروع به وسط گروه فلزات واسطه، در جهت از چپ به راست، شعاع فلز اتمی کاهش می یابد. در همین ترتیب، بار الکتریکی هسته اتم افزایش می یابد و تعداد الکترون های لایه ظرفیت افزایش می یابد. با افزایش تعداد الکترون های اتصال در هر اتم، پیوند فلزی تقویت می شود و در عین حال، به دلیل افزایش بار هسته، جاذبه الکترون های هسته (داخلی) توسط هسته افزایش می یابد، بنابراین مقدار شعاع اتمی فلزی کاهش می یابد.

4. فلزات واسطه گروه VII و VIII از همان دوره در تقریب اول تقریباً شعاع فلزی یکسانی دارند. ظاهراً وقتی صحبت از عناصری می شود که 5 و بیشتر د-الکترون ها، افزایش بار هسته ای و اثرات مرتبط با جاذبه الکترون های هسته که منجر به کاهش شعاع فلزی اتمی می شود، با اثرات ناشی از افزایش تعداد الکترون ها در اتم (یون) جبران می شود. در تشکیل یک پیوند فلزی شرکت می کند و منجر به افزایش شعاع فلزی می شود (افزایش تعداد حالت های اشغال شده توسط الکترون ها).

5. افزایش شعاع (نگاه کنید به بند 2) برای عناصر انتقال، که در طول انتقال از دوره چهارم به دوره پنجم رخ می دهد، برای عناصر انتقال در

انتقال از دوره پنجم به دوره ششم؛ شعاع اتمی فلزی عناصر مربوطه (مقایسه عمودی) در این دو دوره اخیر تقریباً یکسان است. ظاهراً این به این دلیل است که عناصر واقع در بین آنها با عمق نسبتاً عمیق تکمیل شده است f- پوسته، بنابراین افزایش بار هسته و اثرات جاذبه مرتبط با آن بسیار مهمتر از اثرات مرتبط با افزایش تعداد الکترونها (انقباض لانتانید) است.

عنصر از 4 دوره

شعاع، A˚

عنصر از دوره 5

شعاع، A˚

عنصر از دوره 6

شعاع، A˚

6. معمولاً شعاع های فلزی بسیار بزرگتر از شعاع های یونی هستند، اما تفاوت چندانی با شعاع های کووالانسی عناصر مشابه ندارند، اگرچه بدون استثنا همه آنها بزرگتر از شعاع های کووالانسی هستند. تفاوت زیاد در مقادیر شعاع اتمی و یونی فلزی همان عناصر با این واقعیت توضیح داده می شود که پیوندی که منشأ خود را مدیون الکترون های رسانای تقریبا آزاد است، قوی نیست (از این رو فواصل بین اتمی نسبتاً بزرگ مشاهده شده در شبکه فلزی). اگر پیوند فلزی را به عنوان پیوند کووالانسی "رزونانسی" ویژه در نظر بگیریم، تفاوت قابل توجهی کمتر در مقادیر شعاع فلزی و کووالانسی عناصر مشابه را می توان توضیح داد.

زیر شعاع واندروالسمرسوم است که نیمی از فاصله بین هسته ای تعادل بین نزدیکترین اتم های متصل شده توسط پیوند واندروالسی را درک کنیم. شعاع واندروالس اندازه موثر اتم های گاز نجیب را تعیین می کند. علاوه بر این، همانطور که از تعریف به دست می آید، شعاع اتمی واندروالس را می توان نیمی از فاصله بین هسته ای بین نزدیکترین اتم های همنام در نظر گرفت که توسط یک پیوند واندروالسی به هم متصل شده و متعلق به مولکول های مختلف است (به عنوان مثال، در کریستال های مولکولی). هنگامی که اتم ها در فاصله ای کمتر از مجموع شعاع های واندروالس خود به یکدیگر نزدیک می شوند، یک دافعه بین اتمی قوی رخ می دهد. بنابراین، شعاع اتمی واندروالس حداقل تماس های مجاز اتم های متعلق به مولکول های مختلف را مشخص می کند. داده‌های مربوط به مقادیر شعاع اتمی واندروالس برای برخی اتم‌ها را می‌توان در).

دانستن شعاع اتمی واندروالس، تعیین شکل مولکول ها و بسته بندی آنها در بلورهای مولکولی را ممکن می سازد. شعاع‌های واندروالس بسیار بزرگ‌تر از تمام شعاع‌های عناصر ذکر شده در بالا هستند، که با ضعف نیروهای واندروالسی توضیح داده می‌شود.

خواص دوره ای عناصر

تناوب در ساختار لایه الکترونی اتم ها بیان می شود، بنابراین، خواصی که به وضعیت الکترون ها بستگی دارد با قانون تناوبی مطابقت خوبی دارد: شعاع اتمی و یونی، انرژی یونیزاسیون، میل الکترون، الکترونگاتیوی و ظرفیت عناصر. اما ترکیب و خواص مواد و ترکیبات ساده به ساختار الکترونیکی اتم ها بستگی دارد، بنابراین تناوب در بسیاری از خواص مواد و ترکیبات ساده مشاهده می شود: دما و گرمای ذوب و جوش، طول و انرژی یک پیوند شیمیایی، پتانسیل های الکترود، آنتالپی استانداردتشکیل و آنتروپی مواد و غیره قانون تناوبی بیش از 20 ویژگی اتم ها، عناصر، مواد ساده و ترکیبات را پوشش می دهد.

بر اساس مکانیک کوانتومی، یک الکترون می تواند در هر نقطه در اطراف هسته یک اتم، هم در نزدیکی آن و هم در فاصله قابل توجهی قرار گیرد. بنابراین، مرزهای اتم ها مبهم، نامشخص است. در عین حال، مکانیک کوانتومی احتمال توزیع الکترون ها در اطراف هسته و موقعیت حداکثر چگالی الکترون را برای هر اوربیتال محاسبه می کند.

شعاع مداری اتم (یون)فاصله هسته تا حداکثر چگالی الکترونی دورترین اوربیتال بیرونی این اتم (یون) است..

شعاع مداری (مقادیر آنها در کتاب راهنما آورده شده است) در دوره ها کاهش می یابد، زیرا افزایش تعداد الکترون ها در اتم ها (یون ها) با ظهور لایه های الکترونی جدید همراه نیست. پوسته الکترونی یک اتم یا یون هر عنصر بعدی در دوره به دلیل افزایش بار هسته و افزایش جاذبه الکترون ها به هسته، نسبت به قبلی متراکم تر می شود.

شعاع مداری در گروه افزایش می یابد یک اتم (یون) هر عنصر با ظاهر یک لایه الکترونیکی جدید با والد متفاوت است.

تغییر شعاع اتمی مداری برای پنج دوره در شکل نشان داده شده است. 13، که از آن می توان دریافت که وابستگی دارای شکل "دندان اره ای" است که مشخصه قانون تناوبی است.

برنج. 13. وابستگی شعاع مداری

از عدد اتمی عناصر دوره اول - پنجم.

اما در دوره‌ها، کاهش اندازه اتم‌ها و یون‌ها به‌صورت یکنواخت اتفاق نمی‌افتد: عناصر منفرد دارای "ترکیدن" و "افت" کوچکی هستند. در "دیپ" ها، به عنوان یک قاعده، عناصری وجود دارد که پیکربندی الکترونیکی آنها با حالت افزایش پایداری مطابقت دارد: به عنوان مثال، در دوره سوم منیزیم است (3s 2)، در چهارم - منگنز (4s 2 3d 5). و روی (4s 2 3d 10) و غیره

توجه داشته باشید.محاسبات شعاع مداری از اواسط دهه هفتاد قرن گذشته به دلیل توسعه رایانه های الکترونیکی انجام شده است. قبلا استفاده شده است کارآمدشعاع اتم ها و یون ها که از داده های تجربی در مورد فواصل بین هسته ای در مولکول ها و کریستال ها تعیین می شوند. فرض بر این است که اتم ها توپ های تراکم ناپذیری هستند که سطوح خود را در ترکیبات لمس می کنند. شعاع های موثر تعیین شده در مولکول های کووالانسی نامیده می شوند کووالانسیشعاع، در کریستال های فلزی - فلزشعاع، در ترکیبات با پیوند یونی - یونیشعاع ها شعاع مؤثر با شعاع مداری متفاوت است، اما تغییر آنها بسته به عدد اتمی نیز تناوبی است.

یکی از ویژگی های مهم یک اتم اندازه آن است، یعنی شعاع اتمی. اندازه هر اتم مشخص نیست، زیرا مرز بیرونی آن به دلیل حضور احتمالی الکترون‌ها در نقاط مختلف فضای دور هسته‌ای تار است. به همین دلیل، بسته به نوع پیوند بین اتم‌ها، شعاع‌های فلزی، کووالانسی، واندروالسی، یونی و سایر شعاع‌های اتمی متمایز می‌شوند.

شعاع "فلزی" (r me)با نصف کردن کوتاه ترین فواصل بین اتمی در ساختارهای کریستالیمواد ساده با عدد هماهنگی 12. برای مقادیر دیگر c.h. اصلاح لازم در نظر گرفته شده است.

ارزش های شعاع کووالانسی (r cov)به عنوان نصف طول یک پیوند هماتمی محاسبه می شود. اگر تعیین طول یک پیوند هماتمی منفرد غیرممکن باشد، مقدار r cov یک اتم عنصر A با کم کردن شعاع کووالانسی یک اتم عنصر B از طول هترواتمی به دست می‌آید. اتصالات A-B. شعاع کووالانسی عمدتاً به اندازه پوسته الکترونی داخلی بستگی دارد.

شعاع اتم های بدون ظرفیت - شعاع واندروالس (r w)اندازه موثر اتم ها را به دلیل نیروهای دافعه سطوح انرژی پر شده تعیین کنید.

مقادیر انرژی الکترون توسط قوانین اسلاتر تعیین می شود. تخمین مقدار نسبی - اندازه ظاهری اتم - r cmp (شعاع تجربی) را ممکن کرد.

طول پیوند بر حسب آنگستروم (1 Å = 0.1 نانومتر = 100 pm) داده می شود.

عنصر	من	r cov	rw	r cmp
اچ	0.46	0.37	1.20	0.25
او	1.22	0.32	1.40	-
لی	1.55	1.34	1.82	1.45
بودن	1.13	0.90	-	1.05
ب	0.91	0.82	-	0.85
سی	0.77	0.77	1.70	0.70
ن	0.71	0.75	1.55	0.65
O	-	0.73	1.52	0.60
اف	-	0.71	1.47	0.50
Ne	1.60	0.69	1.54	-
Na	1.89	1.54	2.27	1.80
میلی گرم	1.60	1.30	1.73	1.50
ال	1.43	1.18	-	1.25
سی	1.34	1.11	2.10	1.10
پ	1.30	1.06	1.80	1.00
اس	-	1.02	1.80	1.00
Cl	-	0.9	1.75	1.00
آر	1.92	0.97	1.88	-
ک	2.36	1.96	2.75	2.20
حدود	1.97	1.74	-	1.80
sc	1.64	1.44	-	1.60
Ti	1.46	1.36	-	1.40
V	1.34	1.25	-	1.35
Cr	1.27	1.27	-	1.40
منگنز	1.30	1.39	-	1.40
Fe	1.26	1.25	-	1.40
شرکت	1.25	1.26	-	1.35
نی	1.24	1.21	1.63	1.35
مس	1.28	1.38	1.40	1.35
روی	1.39	1.31	1.39	1.35
GA	1.39	1.26	1.87	1.30
GE	1.39	1.22	-	1.25
مانند	1.48	1.19	1.85	1.15
ببینید	1.60	1.16	1.90	1.15
برادر	-	1.14	1.85	1.15
kr	1.98	1.10	2.02	-
Rb	2.48	2.11	-	2.35
پدر	2.15	1.92	-	2.00
Y	1.81	1.62	-	1.80
Zr	1.60	1.48	-	1.55
Nb	1.45	1.37	-	1.45
مو	1.39	1.45	-	1.45
تی سی	1.36	1.56	-	1.35
Ru	1.34	1.26	-	1.30
Rh	1.34	1.35	-	1.35
Pd	1.37	1.31	1.63	1.40
Ag	1.44	1.53	1.72	1.60
سی دی	1.56	1.48	1.58	1.55
که در	1.66	1.44	1.93	1.55
sn	1.58	1.41	2.17	1.45
Te	1.70	1.35	2.06	1.40
من	-	1.33	1.98	1.40
Xe	2.18	1.30	2.16	-
Cs	2.68	2.25	-	2.60
با	2.21	1.98	-	2.15
لا	1.87	1.69	-	1.95
CE	1.83	-	-	1.85
Pr	1.82	-	-	1.85
Nd	1.82	-	-	1.85
بعد از ظهر	-	-	-	1.85
اس ام	1.81	-	-	1.85
Eu	2.02	-	-	1.80
Gd	1.79	-	-	1.80
Tb	1.77	-	-	1.75
دی	1.77	-	-	1.75
هو	1.76	-	-	1.75
ایا	1.75	-	-	1.75
Tm	1.74	-	-	1.75
Yb	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
دبلیو	1.40	1.46	-	1.35
Re	1.37	1.59	-	1.35
Os	1.35	1.28	-	1.30
Ir	1.35	1.37	-	1.35
Pt	1.38	1.28	1.75	1.35
طلا	1.44	1.44	1.66	1.35
HG	1.60	1.49	1.55	1.50
Tl	1.71	1.48	1.96	1.90
سرب	1.75	1.47	2.02	1.80
بی	1.82	1.46	-	1.60
پو	-	-	-	1.90
در	-	-	-	-
Rn	-	1.45	-	-
Fr	2.80	-	-	-
Ra	2.35	-	-	2.15
AC	2.03	-	-	1.95
Th	180	-	-	1.80
پا	1.62	-	-	1.80
U	1.53	-	1.86	1.75
Np	1.50	-	-	1.75
Pu	1.62	-	-	1.75
صبح	-	-	-	1.75

روند کلی شعاع اتمی به شرح زیر است. در گروه ها، شعاع اتمی افزایش می یابد، زیرا با افزایش تعداد سطوح انرژی، اندازه اوربیتال های اتمی با مقدار زیادی از عدد کوانتومی اصلی افزایش می یابد. برای عناصر d که در اتم‌های آنها اوربیتال‌های سطح انرژی قبلی پر شده‌اند، این تمایل در طول انتقال از عناصر دوره پنجم به عناصر دوره ششم ویژگی مشخصی ندارد.

در دوره های کوچک، شعاع اتم ها به طور کلی کاهش می یابد، زیرا افزایش بار هسته در طول انتقال به هر عنصر بعدی باعث جذب الکترون های خارجی با افزایش نیرو می شود. تعداد سطوح انرژی در همان زمان ثابت می ماند.

تغییر در شعاع اتمی در دوره‌ها برای عناصر d پیچیده‌تر است.

مقدار شعاع اتمی کاملاً با ویژگی مهم اتم مانند انرژی یونیزاسیون مرتبط است. یک اتم می تواند یک یا چند الکترون را از دست بدهد و به یک یون با بار مثبت - یک کاتیون تبدیل شود. این توانایی با انرژی یونیزاسیون اندازه گیری می شود.

فهرست ادبیات استفاده شده

1. پوپکوف V. A.، Puzakov S. A. شیمی عمومی: کتاب درسی. - م.: GEOTAR-Media، 2010. - 976 ص: ISBN 978-5-9704-1570-2. [با. 27-28]
2. ولکوف، A.I.، Zharsky، I.M.کتاب مرجع بزرگ شیمی / A.I. ولکوف، I.M. ژارسکی. - مینسک: مدرسه مدرن، 2005. - 608 با ISBN 985-6751-04-7.