Pallon atomisäde. Tehokas atomisäde. Kemialliset sidosominaisuudet

Atomin tai ionin tehollinen säde ymmärretään sen toimintapallon säteeksi ja atomia (ionia) pidetään kokoonpuristumattomana pallona. Atomin planeettamallia käyttäen se esitetään ytimenä, jonka ympärillä elektronit kiertävät kiertoradalla. Mendelejevin jaksollisen järjestelmän elementtien järjestys vastaa elektronikuorten täyttöjärjestystä. Ionin tehollinen säde riippuu elektronikuorten miehistöstä, mutta se ei ole yhtä suuri kuin ulomman kiertoradan säde. Tehollisen säteen määrittämiseksi kiderakenteen atomit (ionit) esitetään kosketuksissa olevina jäykinä palloina siten, että niiden keskipisteiden välinen etäisyys on yhtä suuri kuin säteiden summa. Atomi- ja ionisäteet määritettiin kokeellisesti atomien välisten etäisyyksien röntgenmittauksista ja laskettiin teoreettisesti kvanttimekaanisten käsitteiden perusteella.

Ionisäteiden koot noudattavat seuraavia lakeja:

1. Periodisen järjestelmän yhdellä pystysuoralla rivillä saman varauksen omaavien ionien säteet kasvavat atomiluvun kasvaessa, koska elektronikuorten lukumäärä kasvaa ja siten atomin koko.

2. Saman alkuaineen ionisäde kasvaa negatiivisen varauksen kasvaessa ja pienenee positiivisen varauksen kasvaessa. Anionin säde on suurempi kuin kationin säde, koska anionissa on ylimäärä elektroneja, kun taas kationissa on puute. Esimerkiksi Fe:lle, Fe 2+:lle, Fe 3+:lle tehollinen säde on 0,126, 0,080 ja 0,067 nm, vastaavasti, Si 4-, Si:lle, Si 4+:lle tehollinen säde on 0,198, 0,118 ja 0,040 nm.

3. Atomien ja ionien koot noudattavat Mendeleev-järjestelmän jaksollisuutta; poikkeuksia ovat alkuaineet numerosta 57 (lantaani) numeroon 71 (lutetium), joissa atomisäteet eivät kasva, vaan pienenevät tasaisesti (ns. lantanidikutistuminen), ja alkuaineet numerosta 89 (aktinium) ja sen jälkeen ( niin kutsuttu aktinoidinen supistuminen).

Kemiallisen alkuaineen atomisäde riippuu koordinaatioluvusta. Koordinaatioluvun kasvuun liittyy aina atomien välisten etäisyyksien kasvu. Tässä tapauksessa kahta eri koordinaatiolukua vastaavien atomisäteiden arvojen suhteellinen ero ei riipu kemiallisen sidoksen tyypistä (edellyttäen, että sidoksen tyyppi rakenteissa, joissa on vertailulukuja, on sama). Muutos atomisäteissä koordinaatioluvun muutoksella vaikuttaa merkittävästi tilavuusmuutosten suuruuteen polymorfisten muunnosten aikana. Esimerkiksi kun rautaa jäähdytetään, sen muuttumiseen kasvokeskeisestä kuutiomuunnosta vartalokeskeiseksi kuutiomuunnokseksi, joka tapahtuu 906 °C:ssa, pitäisi liittyä tilavuuden kasvu 9 %, itse asiassa tilavuuden kasvu on 0,8 %. Tämä johtuu siitä, että koordinaatioluvun muutoksen vuoksi 12:sta 8:aan raudan atomisäde pienenee 3%. Toisin sanoen atomisäteiden muutos polymorfisten muunnosten aikana kompensoi suurelta osin tilavuusmuutoksia, joita täytyisi tapahtua, jos atomisäde ei muuttuisi tässä tapauksessa. Alkuaineiden atomisäteitä voidaan verrata vain samalla koordinaatioluvulla.

Atomisäteet (ioniset) riippuvat myös kemiallisen sidoksen tyypistä.

Kiteissä, joissa on metallisidos, atomin säde määritellään puoleksi lähimpien atomien välisestä etäisyydestä. Kiinteiden liuosten tapauksessa metalliset atomisäteet vaihtelevat monimutkaisesti.

Kovalenttisella sidoksella varustettujen elementtien kovalenttisäteiden alla ymmärretään puolet atomien välisestä etäisyydestä lähimpien atomien välillä, jotka on yhdistetty yhdellä kovalenttisella sidoksella. Kovalenttien säteiden ominaisuus on niiden pysyvyys eri kovalenttisissa rakenteissa samoilla koordinaatioluvuilla. Etäisyydet siis yksittäisenä C-C-sidokset timantissa ja tyydyttyneissä hiilivedyissä ovat samat ja yhtä suuria kuin 0,154 nm.

Ionisäteitä aineissa, joissa on ionisidos, ei voida määritellä puoleksi lähimpien ionien välisten etäisyyksien summasta. Yleensä kationien ja anionien koot vaihtelevat jyrkästi. Lisäksi ionien symmetria eroaa pallomaisesta. Ionisäteiden arvon arvioimiseen on useita tapoja. Näiden lähestymistapojen perusteella alkuaineiden ionisäteet estimoidaan ja sitten muiden alkuaineiden ionisäteet määritetään kokeellisesti määritetyistä atomien välisistä etäisyyksistä.

Van der Waalsin säteet määräävät jalokaasuatomien teholliset koot. Lisäksi van der Waalsin atomisäteiden katsotaan olevan puolet ytimien välisestä etäisyydestä lähimpien identtisten atomien välillä, jotka eivät ole kemiallisesti sitoutuneita, ts. jotka kuuluvat eri molekyyleihin (esimerkiksi molekyylikiteissä).

Käytettäessä atomien (ionisten) säteiden arvoja laskelmissa ja rakenteissa, niiden arvot tulee ottaa yhden järjestelmän mukaan rakennetuista taulukoista.

Hiukkaskoko määrittää usein kiderakenteen tyypin, on tärkeä monien virtauksen ymmärtämiseksi kemialliset reaktiot. Atomien, ionien, molekyylien koko määräytyy valenssielektronien avulla. Tämän asian ymmärtämisen perusteet - kiertoradan säteiden muutosmallit - on esitetty kohdassa Sec. 2.4. Atomilla ei ole rajoja ja sen koko on ehdollinen arvo. Siitä huolimatta on mahdollista luonnehtia vapaan atomin kokoa kiertoradan säteellä. Mutta käytännön kiinnostavia ovat yleensä atomit ja ionit aineen koostumuksessa (molekyylissä, polymeerissä, nesteessä tai kiinteässä muodossa), eivätkä vapaat. Koska vapaan ja sitoutuneen atomin tilat (ja ennen kaikkea niiden energia) poikkeavat toisistaan ​​merkittävästi, myös kokojen täytyy erota.

Sitoutuneille atomeille voidaan myös ottaa käyttöön niiden kokoa kuvaavia määriä. Vaikka sitoutuneiden atomien elektronipilvet voivat poiketa merkittävästi pallomaisista, on tapana karakterisoida atomien koko tehokas (ilmeinen) säteet .

Saman alkuaineen atomien koot riippuvat olennaisesti sen koostumuksesta kemiallinen yhdiste Minkä tyyppisen sidoksen atomi on. Esimerkiksi vedyn kohdalla puolet atomien välisestä etäisyydestä H2-molekyylissä on 0,74/2 = 0,37 Å ja metallisen vedyn säteen arvo on 0,46 Å. Siksi jakaa kovalenttiset, ioniset, metalliset ja van der Waalsin säteet . Pääsääntöisesti tehollisten säteiden käsitteissä atomien välisiä etäisyyksiä (tarkemmin sanottuna ytimien välisiä etäisyyksiä) pidetään kahden vierekkäisen atomin säteiden summana, jolloin atomit ovat kokoonpuristumattomia palloja. Kun on olemassa luotettavia ja tarkkoja kokeellisia tietoja atomien välisistä etäisyyksistä (ja tällaisia ​​tietoja on ollut saatavilla jo pitkään sekä molekyyleistä että kiteistä angströmin tuhannesosan tarkkuudella), yksi ongelma jää jokaisen atomin säteen määrittämiseen - kuinka jakaa atomien välinen etäisyys kahden atomin välillä. On selvää, että tämä ongelma voidaan ratkaista yksiselitteisesti vain lisäämällä riippumattomia tietoja tai oletuksia.

Työ loppu -

Tämä aihe kuuluu:

Kemialliset sidosominaisuudet

Sivustolla lukee: "kemialliset sidosominaisuudet" ..

Jos tarvitset lisämateriaalia tästä aiheesta tai et löytänyt etsimääsi, suosittelemme käyttämään hakua teostietokannassamme:

Mitä teemme saadulla materiaalilla:

Jos tämä materiaali osoittautui hyödylliseksi sinulle, voit tallentaa sen sivullesi sosiaalisissa verkostoissa:

twiittaa

Kaikki tämän osion aiheet:

kovalenttiset säteet
Ilmeisin tilanne on kovalenttiset säteet atomeille, jotka muodostavat ei-polaarisia kaksiatomisia molekyylejä. Tällaisissa tapauksissa kovalenttinen säde on täsmälleen puolet atomien välisestä etäisyydestä

Ionisäteet
Koska klo n. y. on vaikea havaita molekyylejä, joissa on ionisia sidoksia, ja samalla tunnetaan suuri määrä yhdisteitä, jotka muodostavat ionikiteitä, sitten kun on kyse ionisäteistä,

metalliset säteet
Sinänsä metallisäteiden määrittäminen ei ole ongelma - riittää, että mitataan ytimien välinen etäisyys vastaavassa metallissa ja jaetaan se kahtia. Taulukossa. 20 ovat jonkin verran metaa

van der Waalsin säteet
Van der Waalsin säteet voidaan määrittää mittaamalla kiteen atomien väliset etäisyydet, kun niiden välillä ei ole kemiallista sidosta. Toisin sanoen atomit kuuluvat eri molekyyleihin.

Kysymyksiä itsetutkiskelua varten
1. Mitä ovat rata- ja tehosäteet? 2. Mitä eroa on pelletin ja atomin tai ionin säteen välillä? 3. Missä tapauksissa kovalenttinen säde on yhtä suuri kuin puolet pituudesta

Atomien teholliset varaukset
Kun kemiallinen sidos muodostuu, elektronitiheys jakautuu uudelleen, ja tapauksessa polaarinen sidos atomit ovat sähköisesti varautuneita. Näitä maksuja kutsutaan tehokkaiksi. He ovat hara

Tehokkaat varaukset joissakin ionikiteissä
Aine CsF CsCl NaF NaCl LiF LiCl LiI DEO 3.3

Atomien tehokkaat varaukset oksideissa (N. S. Akhmetovin mukaan)
Oksidi Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO

Kysymyksiä itsetutkiskelua varten
1. Mikä on atomin tehollinen varaus? 2. Voiko tehollinen varaus ylittää (moduulissa) atomin hapetusasteen? 3. Mikä on sidoksen ionisuusaste? 4. K

Valenssi
Yleensä valenssi kuvaa alkuaineen atomien kykyä muodostaa yhdisteitä, jotka sisältävät tietyn koostumuksen (tietyt yhdisteen eri alkuaineiden lukumäärän suhteet). Usein sisään

Kysymyksiä itsetutkiskelua varten
1. Määrittele termit: hapetusaste; kovalenttisuus; koordinointinumero; steerinen numero. 2. Määritä kovalenssi, hapetusaste ja CN:lle: H2S; H

Sidosenergia
Energian suuruus on sidoksen tärkein ominaisuus, joka määrittää aineiden kestävyyden lämpöä, valoa, mekaanista rasitusta ja reaktioita muiden aineiden kanssa[†]. Olla olemassa erilaisia ​​menetelmiä uh

Diatomisten molekyylien sitoutumisenergiat kaasussa (N. N. Pavlov)
Molekyyli H2 Li2 Na2 K2 F2 Cl2

Kysymyksiä itsetutkiskelua varten
1. Ennusta C–N-sidoksen energian muutos sarjoissa H3CNH2, H2CNH, HCNH. 2. Ennusta sidosenergian muutos sarjoissa O2, S2, Se2

Kemiallinen sidos ja jaksollinen elementtijärjestelmä
Tarkastellaan joidenkin yksinkertaisten aineiden ja yksinkertaisimpien yhdisteiden rakenteen ja ominaisuuksien säännönmukaisuuksia, jotka määräytyvät niiden atomien elektronirakenteesta. Jalokaasuatomeilla (ryhmä VIIIA) on täysin

Muutos atomien välisissä etäisyyksissä VIA-ryhmän yksinkertaisille aineille
Aine Atomien välinen etäisyys, Å molekyylien sisällä molekyylien välinen ero S

Lisätiedot
3. Yleinen kemia / toim. E. M. Sokolovskaja. M.: Publishing House of Moscow State University, 1989. 4. Ugay Ya.O. General Chemistry. M.: Korkeampi. koulu, 1984. 5. Hän on sama. Yleinen ja epäorgaaninen kemia. M..

Yksi kemiallisen sidoksen muodostumiseen osallistuvien kemiallisten alkuaineiden tärkeimmistä ominaisuuksista on atomin (ionin) koko: sen kasvaessa atomien välisten sidosten vahvuus pienenee. Atomin (ionin) koko määräytyy yleensä sen säteen tai halkaisijan mukaan. Koska atomilla (ionilla) ei ole selkeitä rajoja, "atomisäteen" käsite tarkoittaa, että 90–98 % atomin (ionin) elektronitiheydestä sisältyy tämän säteen palloon. Atomien (ionisten) säteiden arvojen tunteminen mahdollistaa kiteissä olevien ytimien välisten etäisyyksien (eli näiden kiteiden rakenteen) arvioimisen, koska monissa ongelmissa atomiytimien (ionien) välisiä lyhimpiä etäisyyksiä voidaan pitää kiteissä. niiden atomien (ionisten) säteiden summa, vaikka tällainen additiivisuus on likimääräinen eikä täyty kaikissa tapauksissa.

Alla atomisäde kemiallisen sidoksen muodostumiseen osallistuva kemiallinen alkuaine (noin ionisädettä, katso alla), suostui yleensä ymmärtämään puolet elementin kidehilan lähimpien atomien välisestä tasapainoetäisyydestä. Tämä käsite, joka on melko yksinkertainen, jos tarkastellaan atomeja (ioneja) jäykinä palloina, osoittautuu itse asiassa monimutkaiseksi ja usein moniselitteiseksi. Kemiallisen alkuaineen atomi (ioninen) säde ei ole vakioarvo, vaan se vaihtelee useiden tekijöiden mukaan, joista tärkeimmät ovat kemiallisen sidoksen tyyppi

ja koordinointinumero.

Jos sama atomi (ioni) muodostuu eri kiteissä eri tyyppejä kemiallinen sidos, silloin sillä on useita säteitä - kovalenttisia kiteessä kovalenttisella sidoksella; ioninen kiteessä, jossa on ionisidos; metalli metallissa; van der Waals molekyylikiteessä. Kemiallisen sidoksen tyypin vaikutus voidaan nähdä seuraavassa esimerkissä. Timantissa kaikki neljä kemiallista sidosta ovat kovalenttisia ja muodostuvat sp 3-hybridit, joten tietyn atomin kaikki neljä naapuria ovat samassa ja

samalla etäisyydellä siitä d= 1,54 A˚) ja hiilen kovalenttinen säde timantissa on

on yhtä suuri kuin 0,77 A˚. Arseenikiteessä kovalenttisten sidosten sitomien atomien välinen etäisyys ( d 1 = 2,52 A˚), paljon vähemmän kuin van der Waalsin voimien sitomien atomien välillä ( d 2 = 3,12 A˚), joten As:n kovalenttinen säde on 1,26 A˚ ja van der Waalsin 1,56 A˚.

Atomi (ioninen) säde muuttuu myös erittäin jyrkästi koordinaatioluvun muutoksen myötä (tämä voidaan havaita elementtien polymorfisten muunnosten aikana). Mitä pienempi koordinaatioluku, sitä pienempi tilan täyttöaste atomeilla (ioneilla) ja sitä pienemmät ytimien väliset etäisyydet. Koordinaatioluvun kasvuun liittyy aina ytimien välisten etäisyyksien kasvu.

Edellä olevasta seuraa, että kemiallisen sidoksen muodostumiseen osallistuvien eri alkuaineiden atomi- (ioni)säteitä voidaan verrata vain silloin, kun ne muodostavat kiteitä, joissa toteutuu samantyyppinen kemiallinen sidos, ja nämä alkuaineet muodostuneissa kiteissä ovat samat koordinaationumerot.

Tarkastellaan yksityiskohtaisemmin atomi- ja ionisäteiden pääpiirteitä.

Alla alkuaineiden kovalenttiset säteet On tapana ymmärtää puolet ytimien välisestä tasapainoetäisyydestä lähimpien kovalenttisella sidoksella yhdistettyjen atomien välillä.

Kovalenttien säteiden ominaisuus on niiden pysyvyys eri "kovalenttisissa rakenteissa" samalla koordinaatioluvulla Z j. Lisäksi kovalenttiset säteet ovat pääsääntöisesti sidottu additiivisesti toisiinsa, eli etäisyys A–B on puolet A–A ja B–B etäisyyksien summasta kovalenttisten sidosten läsnä ollessa ja sama koordinointinumerot kaikissa kolmessa rakenteessa.

On olemassa normaaleja, tetraedrisäteitä, oktaedrisäteitä, neliöllisiä ja lineaarisia kovalenttisia säteitä.

Atomin normaali kovalenttinen säde vastaa tapausta, jossa atomi muodostaa niin monta kovalenttista sidosta kuin se vastaa sen paikkaa jaksollisessa taulukossa: hiilelle - 2, typelle - 3 jne. Tämä johtaa erilaisia ​​merkityksiä normaalisäteet riippuen sidoksen monikerroisuudesta (järjestyksestä) (yksisidos, kaksoissidos, kolmoissidos). Jos sidos muodostuu, kun hybridielektronipilvet menevät päällekkäin, ne puhuvat tetraedristä

(Z k = 4, sp 3-hybridiorbitaalit), oktaedri ( Z k = 6, d 2sp 3-hybridiorbitaalit), neliö ( Z k = 4, dsp 2-hybridiorbitaalit), lineaarinen ( Z k = 2, sp-hybridiradat) kovalenttiset säteet.

Kovalenttisäteistä on hyödyllistä tietää seuraavaa (joiden elementtien kovalenttisten säteiden arvot on annettu).

1. Kovalenttisia säteitä, toisin kuin ionisia, ei voida tulkita pallomaisten atomien säteiksi. Kovalenttisia säteitä käytetään vain kovalenttisten sidosten yhdistämien atomien välisten ytimien välisten etäisyyksien laskemiseen, eivätkä ne kerro mitään samantyyppisten atomien välisistä etäisyyksistä, jotka eivät ole kovalenttisesti sitoutuneita.

2. Kovalenttisen säteen arvon määrää kovalenttisen sidoksen monikerta. Kolmoissidos on lyhyempi kuin kaksoissidos, joka puolestaan ​​on lyhyempi kuin yksinkertainen sidos, joten kolmoissidoksen kovalenttinen säde on pienempi kuin kaksoissidoksen kovalenttinen säde, joka on pienempi

yksittäinen. On pidettävä mielessä, että suhteen moninkertaisuuden järjestyksen ei tarvitse olla kokonaisluku. Se voi olla myös murto-osa, jos sidos on resonoiva (bentseenimolekyyli, Mg2Sn-yhdiste, katso alla). Tässä tapauksessa kovalenttisella säteellä on väliarvo arvojen välillä, jotka vastaavat sidoskertoimen kokonaislukuja.

3. Jos sidos on luonteeltaan sekakovalenttinen-ioninen, mutta siinä on korkea sidoksen kovalenttinen komponentti, niin kovalenttisen säteen käsite voidaan ottaa käyttöön, mutta sidoksen ionisen komponentin vaikutus sen arvoa ei voi jättää huomiotta. Joissakin tapauksissa tämä vaikutus voi johtaa kovalenttisen säteen merkittävään pienenemiseen, joskus jopa 0,1 A˚. Valitettavasti yrittää ennustaa tämän vaikutuksen suuruutta eri

tapaukset eivät ole vielä onnistuneet.

4. Kovalenttisen säteen arvo riippuu kovalenttisen sidoksen muodostumiseen osallistuvien hybridiorbitaalien tyypistä.

Ionisäteet ei tietenkään voida määritellä puoleksi lähimpien ionien ytimien välisten etäisyyksien summasta, koska yleensä kationien ja anionien koot eroavat jyrkästi. Lisäksi ionien symmetria voi poiketa jonkin verran pallomaisesta. Kuitenkin todellisille ionikiteille alle ionisäde On tapana ymmärtää pallon säde, joka vastaa ionia.

Ionisäteitä käytetään likimääräisiin arvioihin ytimien välisistä etäisyyksistä ionikiteissä. Oletetaan, että lähimmän kationin ja anionin välinen etäisyys on yhtä suuri kuin niiden ionisäteiden summa. Tyypillinen virhe määritettäessä ytimien välisiä etäisyyksiä ionisäteinä tällaisissa kiteissä on ≈0,01 A˚.

On olemassa useita ionisäteiden järjestelmiä, jotka eroavat yksittäisten ionien ionisäteiden arvoista, mutta johtavat suunnilleen samoihin ytimien välisiin etäisyyksiin. Ensimmäisen työn ionisäteiden määrittämiseksi suoritti V. M. Goldshmit 1920-luvulla. Kirjoittaja käytti siinä toisaalta röntgenrakenneanalyysillä mitattuja ytimien välisiä etäisyyksiä ionikiteissä ja toisaalta ionisäteiden F– ja O2– arvoja, jotka on määritetty.

refraktometrinen menetelmä. Useimmat muut järjestelmät luottavat myös kiteissä oleviin ytimien välisiin etäisyyksiin, jotka on määritetty diffraktiomenetelmillä ja joihinkin tietyn ionin ionisäteen "viitearvoihin". Tunnetuimmassa järjestelmässä

Paulingin mukaan tämä viitearvo on O2− peroksidi-ionin ionisäde, joka on yhtä suuri kuin

1,40 A˚. Tämä arvo O2–:lle sopii hyvin teoreettisiin laskelmiin. G. B. Bokiyan ja N. V. Belovin järjestelmässä, jota pidetään yhtenä luotettavimmista, ionisäteen O2– oletetaan olevan 1,36 A˚.

1970- ja 1980-luvuilla ionien säteet yritettiin määrittää suoraan mittaamalla elektronitiheys röntgenrakenneanalyysillä edellyttäen, että ionien rajaksi otetaan ytimiä yhdistävän linjan elektronitiheyden minimi. . Kävi ilmi, että tämä suora menetelmä johtaa kationien ionisäteiden yliarvioituihin arvoihin ja anionien ionisäteiden aliarvioituihin arvoihin. Lisäksi kävi ilmi, että suoralla menetelmällä määritettyjä ionisäteiden arvoja ei voida siirtää yhdisteestä toiseen ja poikkeamat additiivisuudesta ovat liian suuria. Siksi tällaisia ​​ionisäteitä ei käytetä ytimien välisten etäisyyksien ennustamiseen.

On hyödyllistä tietää seuraavaa ionisäteistä (alla olevissa taulukoissa on Bokiyn ja Belovin mukaiset ionisäteiden arvot).

1. Saman alkuaineen ionien ionisäde vaihtelee sen varauksen mukaan ja saman ionin koordinaatioluvusta riippuen. Koordinaatioluvusta riippuen erotetaan tetraedri- ja oktaedrisäteet.

2. Yhden pystyrivin sisällä, tarkemmin, yhden ryhmän sisällä, jaksoittain

järjestelmässä samalla varauksella olevien ionien säteet kasvavat elementin atomiluvun kasvaessa, koska elektronien miehittämien kuorien määrä kasvaa ja siten ionin koko.

Säde, A˚

3. Saman ajanjakson atomien positiivisesti varautuneiden ionien ionisäteet pienenevät nopeasti varauksen kasvaessa. Nopea lasku selittyy kahden päätekijän vaikutuksella yhteen suuntaan: "omien" elektronien voimakkaalla vetovoimalla kationilla, jonka varaus kasvaa atomiluvun kasvaessa; kationin ja sitä ympäröivien anionien välisen vuorovaikutuksen voimakkuuden lisääntyminen kationin varauksen lisääntyessä.

Säde, A˚

4. Saman ajanjakson atomien negatiivisesti varautuneiden ionien ionisäteet kasvavat negatiivisen varauksen kasvaessa. Edellisessä kappaleessa käsitellyt kaksi tekijää toimivat tässä tapauksessa vastakkaisiin suuntiin, ja ensimmäinen tekijä vallitsee (anionin negatiivisen varauksen kasvuun liittyy sen ionisäteen kasvu), joten ionisäteiden lisääntyminen negatiivisen varauksen kasvu tapahtuu paljon hitaammin kuin edellisessä tapauksessa lasku.

Säde, A˚

5. Samalle elementille eli samalla elektronisella alkukonfiguraatiolla kationin säde on pienempi kuin anionin säde. Tämä johtuu ulkoisten "lisäelektronien" vetovoiman vähenemisestä anioniytimeen ja seulontavaikutuksen lisääntymisestä sisäisten elektronien vuoksi (kationissa on elektronien puute, kun taas anionissa on ylimäärä).

Säde, A˚

6. Saman varauksen omaavien ionien koot noudattavat jaksollisen järjestelmän jaksollisuutta. Ionisäteen arvo ei kuitenkaan ole verrannollinen ytimen varaukseen Z, mikä johtuu ytimen voimakkaasta elektronien vetovoimasta. Lisäksi lantanidit ja aktinidit, joiden sarjassa saman varauksen omaavien atomien ja ionien säteet eivät kasva, vaan pienenevät atomiluvun kasvaessa (ns. lantanidi- ja aktinidisupistuminen), ovat poikkeus jaksollisesta riippuvuudesta. .11

11 Lantanidi- ja aktinidisupistuminen johtuu siitä, että lantanideissa ja aktinideissa atomiluvun kasvaessa lisätyt elektronit täyttyvät sisäinen d Ja f-kuoret, joiden pääkvanttiluku on pienempi kuin tietyn jakson pääkvanttiluku. Samaan aikaan kvanttimekaanisten laskelmien mukaan d ja varsinkin sisällä f valtioiden mukaan elektroni on paljon lähempänä ydintä kuin sisällä s Ja s tietyn ajanjakson tiloja, joilla on suuri kvanttiluku d Ja f-elektronit sijaitsevat atomin sisäalueilla, vaikka näiden tilojen täyttyminen elektroneilla (puhumme energia-avaruuden elektronitasoista) tapahtuu eri tavalla.

metalliset säteet katsotaan puoleksi lyhyimmästä etäisyydestä atomiytimien välillä metallielementin kiteytysrakenteessa. Ne riippuvat koordinointinumerosta. Jos otamme minkä tahansa elementin metallisäteen kohdassa Z k \u003d 12 per yksikkö, sitten kanssa Z k = 8, 6 ja 4, saman elementin metallisäteet ovat vastaavasti 0,98; 0,96; 0,88. Metalliseilla säteillä on additiivisuus. Niiden arvojen tunteminen mahdollistaa metallienvälisten yhdisteiden kidehilojen parametrien likimäärin ennustamisen.

Metallien atomisäteitä luonnehtivat seuraavat ominaisuudet (tiedot metallien atomisäteiden arvoista löytyvät kohdasta).

1. Siirtymämetallien metalliset atomisäteet ovat yleensä pienempiä kuin ei-siirtymämetallien metalliset atomisäteet, mikä heijastaa siirtymämetallien suurempaa sidoslujuutta. Tämä ominaisuus johtuu siitä, että siirtymäryhmien metalleissa ja niitä lähinnä olevissa jaksojärjestelmässä olevissa metalleissa on elektroninen d-kuoret ja elektronit sisään d-valtiot voivat osallistua kemiallisen sidoksen muodostumiseen. Sidosten vahvistuminen voi johtua osittain sidoksen kovalenttisen komponentin ilmaantumisesta ja osittain ioniytimien van der Waalsin vuorovaikutuksesta. Esimerkiksi raudan ja volframin kiteissä elektroneja d-valtiot antavat merkittävän panoksen sitovaan energiaan.

2. Yhden pystysuoran ryhmän sisällä siirryttäessä ylhäältä alas metallien atomisäteet kasvavat, mikä johtuu elektronien lukumäärän peräkkäisestä kasvusta (elektronien miehittämien kuorien määrä kasvaa).

3. Yhden jakson sisällä, tarkemmin, alkaen alkalimetallista siirtymämetalliryhmän keskelle, suunnassa vasemmalta oikealle, atomimetallisäteet pienenevät. Samassa järjestyksessä atomiytimen sähkövaraus kasvaa ja elektronien määrä valenssikuoressa kasvaa. Sitovien elektronien lukumäärän kasvaessa atomia kohti metallisidos vahvistuu, ja samaan aikaan ytimen varauksen lisääntymisen vuoksi ydin (sisäisten) elektronien vetovoima ytimessä kasvaa, joten metallin atomisäteen arvo pienenee.

4. Ensimmäisessä approksimaatiossa saman ajanjakson ryhmien VII ja VIII siirtymämetalleilla on lähes samat metallisäteet. Ilmeisesti, kun kyse on elementeistä, joissa on 5 ja lisää d-elektroneja, ydinvarauksen kasvua ja siihen liittyviä ydinelektronien vetovoimavaikutuksia, jotka johtavat atomin metallisäteen pienenemiseen, kompensoivat vaikutukset, jotka aiheutuvat atomissa (ionissa) olevien elektronien lisääntymisestä, jotka eivät osallistua metallisidoksen muodostumiseen ja johtaa metallisen säteen kasvuun (lisää elektronien miehittämien tilojen määrää).

5. Siirtymäelementtien säteiden kasvua (katso kappale 2), joka tapahtuu siirtymisen aikana neljännestä viidenteen jaksoon, ei havaita siirtymäelementtien kohdalla

siirtyminen viidennestä kuudenteen jaksoon; vastaavien (pystyvertailun) alkuaineiden metalliset atomisäteet näillä kahdella viimeisellä jaksolla ovat lähes samat. Ilmeisesti tämä johtuu siitä, että niiden välissä olevat elementit on viimeistelty suhteellisen syvällä f-kuori, joten ytimen varauksen kasvu ja siihen liittyvät vetovoimavaikutukset osoittautuvat merkittävämmiksi kuin elektronien lisääntymiseen liittyvät vaikutukset (lantanidin supistuminen).

Elementti 4 jaksosta

Säde, A˚

Elementti kaudelta 5

Säde, A˚

Elementti kaudelta 6

Säde, A˚

6. Yleensä metallisäteet ovat paljon suurempia kuin ionisäteet, mutta ne eivät eroa niin merkittävästi samojen alkuaineiden kovalenttisäteistä, vaikka ne ovat kaikki poikkeuksetta suurempia kuin kovalenttiset. Suuri ero samojen alkuaineiden metallisten atomi- ja ionisäteiden arvoissa selittyy sillä, että sidos, joka johtuu lähes vapaista johtumiselektroneista, ei ole vahva (siksi havaitut suhteellisen suuret atomien väliset etäisyydet metallihila). Merkittävästi pienempi ero samojen elementtien metallisen ja kovalenttisen säteen arvoissa voidaan selittää, jos tarkastellaan metallisidosta erityisenä "resonanssina" kovalenttisena sidoksena.

Alla van der Waalsin säde On tapana ymmärtää puolet van der Waalsin sidoksella yhdistettyjen lähimpien atomien välisestä tasapainoetäisyydestä. Van der Waalsin säteet määräävät jalokaasuatomien teholliset koot. Lisäksi, kuten määritelmästä seuraa, van der Waalsin atomisäteen voidaan katsoa olevan puolet ytimien välisestä etäisyydestä lähimpien samannimisten atomien välillä, jotka on yhdistetty van der Waalsin sidoksella ja kuuluvat eri molekyyleihin (esim. molekyylikiteet). Kun atomit lähestyvät toisiaan etäisyydellä, joka on pienempi kuin niiden van der Waalsin säteiden summa, tapahtuu voimakas atomien välinen hylkäys. Siksi van der Waalsin atomisäteet kuvaavat eri molekyyleihin kuuluvien atomien pienimpiä sallittuja kontakteja. Tietoa joidenkin atomien van der Waalsin atomisäteiden arvoista löytyy).

Van der Waalsin atomisäteiden tunteminen mahdollistaa molekyylien muodon ja niiden pakkauksen määrittämisen molekyylikiteisiin. Van der Waalsin säteet ovat paljon suurempia kuin kaikki edellä luetellut samojen elementtien säteet, mikä selittyy van der Waalsin voimien heikkoudella.

Alkuaineiden jaksolliset ominaisuudet

Jaksollisuus ilmaistaan ​​atomien elektronikuoren rakenteessa, joten elektronien tilasta riippuvat ominaisuudet ovat hyvin sopusoinnussa jaksollisen lain kanssa: atomi- ja ionisäteet, ionisaatioenergia, elektroniaffiniteetti, elektronegatiivisuus ja elementtien valenssi. Mutta yksinkertaisten aineiden ja yhdisteiden koostumus ja ominaisuudet riippuvat atomien elektronisesta rakenteesta, joten jaksollisuus havaitaan monissa yksinkertaisten aineiden ja yhdisteiden ominaisuuksissa: sulamis- ja kiehumislämpötila ja -lämpö, ​​kemiallisen sidoksen pituus ja energia, elektrodipotentiaalit, standardientalpiat aineiden muodostuminen ja entropia jne. Jaksollinen laki kattaa yli 20 atomien, alkuaineiden, yksinkertaisten aineiden ja yhdisteiden ominaisuutta.

Kvanttimekaniikan mukaan elektroni voi sijaita missä tahansa atomin ytimen ympärillä, sekä lähellä sitä että huomattavan etäisyyden päässä. Siksi atomien rajat ovat epämääräisiä, epämääräisiä. Samaan aikaan kvanttimekaniikka laskee elektronien jakautumisen todennäköisyyden ytimen ympärille ja maksimielektronitiheyden sijainnin kullekin kiertoradalle.

Atomin (ionin) kiertoradan sädeon etäisyys ytimestä tämän atomin (ionin) kaukaisimman ulomman kiertoradan maksimielektronitiheyteen.

Radan säteet (niiden arvot on annettu käsikirjassa) pienenevät jaksoittain, koska atomien (ionien) elektronien lukumäärän kasvuun ei liity uusien elektronikerrosten ilmaantumista. Jokaisen seuraavan alkuaineen atomin tai ionin elektronikuori jaksolla tihenee edelliseen verrattuna johtuen ytimen varauksen lisääntymisestä ja elektronien ytimeen vetovoiman lisääntymisestä.

Ryhmien kiertoradan säteet kasvavat kuten kunkin alkuaineen atomi (ioni) eroaa alkuperäisestä uuden elektronikerroksen ilmaantumisen myötä.

Radan atomisäteiden muutos viiden jakson aikana on esitetty kuvassa. 13, josta voidaan nähdä, että riippuvuudella on jaksolliselle laille tyypillinen "sahamainen" muoto.

Riisi. 13. Radan säteen riippuvuus

ensimmäisen - viidennen jakson alkuaineiden atomiluvusta.

Mutta ajoittain atomien ja ionien koon pieneneminen ei tapahdu monotonisesti: yksittäisillä elementeillä on pieniä "purkauksia" ja "kuopat". "Dipoissa" on yleensä elementtejä, joiden elektroninen konfiguraatio vastaa lisääntyneen vakauden tilaa: esimerkiksi kolmannella jaksolla se on magnesiumia (3s 2), neljännessä - mangaania (4s 2 3d 5). ja sinkki (4s 2 3d 10) jne.

Huomautus. Radan säteiden laskelmia on tehty viime vuosisadan 70-luvun puolivälistä lähtien elektronisten tietokoneiden kehityksen vuoksi. Aikaisemmin käytetty tehokas atomien ja ionien säteet, jotka määritetään molekyylien ja kiteiden ytimien välisiä etäisyyksiä koskevista kokeellisista tiedoista. Oletetaan, että atomit ovat kokoonpuristumattomia palloja, jotka koskettavat pintojaan yhdisteissä. Kovalenttisissa molekyyleissä määritettyjä tehollisia säteitä kutsutaan kovalenttinen säteet metallikiteissä - metalli säteet yhdisteissä, joissa on ionisidos - ioninen säteet. Teholliset säteet poikkeavat kiertoradan säteistä, mutta myös niiden muutos atomiluvusta riippuen on jaksollista.

Atomin tärkeä ominaisuus on sen koko eli atomin säde. Yksittäisen atomin kokoa ei määritellä, koska sen ulkoraja on epäselvä johtuen elektronien todennäköisestä läsnäolosta ympäriyma-avaruuden eri kohdissa. Tämän vuoksi atomien välisen sidoksen tyypistä riippuen erotetaan metalliset, kovalenttiset, van der Waalsin, ioniset ja muut atomisäteet.

"Metalli" säteet (r me) löydetään puolittamalla lyhimmät atomien väliset etäisyydet kristallirakenteet yksinkertaiset aineet, joiden koordinaatioluku on 12. Muille arvoille c.h. tarvittava korjaus otetaan huomioon.

Arvot kovalenttiset säteet (r cov) lasketaan puoleksi homoatomisen sidoksen pituudesta. Jos yksittäisen homoatomisen sidoksen pituutta ei voida määrittää, alkuaineen A atomin r cov:n arvo saadaan vähentämällä alkuaineen B atomin kovalenttinen säde heteroatomin pituudesta. A-B liitännät. Kovalenttiset säteet riippuvat pääasiassa sisäisen elektronikuoren koosta.

Valenssiin sitoutumattomien atomien säteet - van der Waalsin säteet (r w) määrittää atomien efektiiviset koot täyttyneiden energiatasojen hylkivistä voimista johtuen.

Slaterin sääntöjen määräämät elektronien energia-arvot. mahdollisti suhteellisen arvon - atomin näennäisen koon - r cmp (empiirinen säde) arvioimisen.

Sidospituus on annettu angströmeinä (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).

Elementti	olen minä	r cov	rw	r cmp
H	0.46	0.37	1.20	0.25
Hän	1.22	0.32	1.40	-
Li	1.55	1.34	1.82	1.45
Olla	1.13	0.90	-	1.05
B	0.91	0.82	-	0.85
C	0.77	0.77	1.70	0.70
N	0.71	0.75	1.55	0.65
O	-	0.73	1.52	0.60
F	-	0.71	1.47	0.50
Ne	1.60	0.69	1.54	-
Na	1.89	1.54	2.27	1.80
mg	1.60	1.30	1.73	1.50
Al	1.43	1.18	-	1.25
Si	1.34	1.11	2.10	1.10
P	1.30	1.06	1.80	1.00
S	-	1.02	1.80	1.00
Cl	-	0.9	1.75	1.00
Ar	1.92	0.97	1.88	-
K	2.36	1.96	2.75	2.20
Ca	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
Mn	1.30	1.39	-	1.40
Fe	1.26	1.25	-	1.40
co	1.25	1.26	-	1.35
Ni	1.24	1.21	1.63	1.35
Cu	1.28	1.38	1.40	1.35
Zn	1.39	1.31	1.39	1.35
Ga	1.39	1.26	1.87	1.30
Ge	1.39	1.22	-	1.25
Kuten	1.48	1.19	1.85	1.15
Se	1.60	1.16	1.90	1.15
Br	-	1.14	1.85	1.15
kr	1.98	1.10	2.02	-
Rb	2.48	2.11	-	2.35
Sr	2.15	1.92	-	2.00
Y	1.81	1.62	-	1.80
Zr	1.60	1.48	-	1.55
Huom	1.45	1.37	-	1.45
Mo	1.39	1.45	-	1.45
Tc	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
CD	1.56	1.48	1.58	1.55
Sisään	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
minä	-	1.33	1.98	1.40
Xe	2.18	1.30	2.16	-
Cs	2.68	2.25	-	2.60
Ba	2.21	1.98	-	2.15
La	1.87	1.69	-	1.95
Ce	1.83	-	-	1.85
PR	1.82	-	-	1.85
Nd	1.82	-	-	1.85
pm	-	-	-	1.85
sm	1.81	-	-	1.85
Eu	2.02	-	-	1.80
Gd	1.79	-	-	1.80
Tb	1.77	-	-	1.75
Dy	1.77	-	-	1.75
Ho	1.76	-	-	1.75
Er	1.75	-	-	1.75
Tm	1.74	-	-	1.75
Yb	1.93	-	-	1.75
Lu	1.74	1.60	-	1.75
hf	1.59	1.50	-	1.55
Ta	1.46	1.38	-	1.45
W	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
Au	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
Pb	1.75	1.47	2.02	1.80
Bi	1.82	1.46	-	1.60
Po	-	-	-	1.90
klo	-	-	-	-
Rn	-	1.45	-	-
Fr	2.80	-	-	-
Ra	2.35	-	-	2.15
AC	2.03	-	-	1.95
Th	180	-	-	1.80
Pa	1.62	-	-	1.80
U	1.53	-	1.86	1.75
Np	1.50	-	-	1.75
Pu	1.62	-	-	1.75
Olen	-	-	-	1.75

Atomisäteiden yleinen suuntaus on seuraava. Ryhmissä atomisäteet kasvavat, koska energiatasojen lukumäärän kasvaessa atomiratojen koot, joilla on suuri pääkvanttiluvun arvo, kasvavat. D-elementeillä, joiden atomeissa edellisen energiatason kiertoradat täyttyvät, tällä taipumuksella ei ole selkeää luonnetta siirtyessä viidennen jakson alkuaineista kuudennen jakson alkuaineisiin.

Pienissä jaksoissa atomien säteet yleensä pienenevät, koska ytimen varauksen kasvu siirtymisen aikana jokaiseen seuraavaan elementtiin aiheuttaa ulkoisten elektronien vetovoiman kasvavalla voimalla; energiatasojen määrä samalla pysyy vakiona.

Atomisäteen muutos jaksoissa d-alkuaineille on monimutkaisempi.

Atomisäteen arvo liittyy varsin läheisesti atomin sellaiseen tärkeään ominaisuuteen kuin ionisaatioenergia. Atomi voi menettää yhden tai useamman elektronin muuttuen positiivisesti varautuneeksi ioniksi - kationiksi. Tämä kyky mitataan ionisaatioenergialla.

Luettelo käytetystä kirjallisuudesta

1. Popkov V. A., Puzakov S. A. Yleinen kemia: oppikirja. - M.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 s.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [Kanssa. 27-28]
2. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Suuri kemian hakuteos / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Minsk: Moderni koulu, 2005. - 608, ISBN 985-6751-04-7.