Promień atomowy kuli. Efektywny promień atomowy. Właściwości wiązań chemicznych
Przez efektywny promień atomu lub jonu rozumie się promień sfery jego działania, a atom (jon) uważa się za nieściśliwą kulę. Używając planetarnego modelu atomu, przedstawia się go jako jądro, wokół którego krążą po orbitach elektrony. Kolejność pierwiastków w układzie okresowym Mendelejewa odpowiada kolejności wypełniania powłok elektronowych. Efektywny promień jonu zależy od zajętości powłok elektronowych, ale nie jest równy promieniowi zewnętrznej orbity. Aby określić efektywny promień, atomy (jony) w strukturze kryształu są przedstawiane jako stykające się sztywne kule, tak że odległość między ich środkami jest równa sumie promieni. Promienie atomowe i jonowe zostały wyznaczone eksperymentalnie na podstawie rentgenowskich pomiarów odległości międzyatomowych i obliczone teoretycznie w oparciu o koncepcje mechaniki kwantowej.
Wielkości promieni jonowych podlegają następującym prawom:
1. W jednym pionowym rzędzie układu okresowego promienie jonów o tym samym ładunku rosną wraz ze wzrostem liczby atomowej, ponieważ zwiększa się liczba powłok elektronowych, a co za tym idzie, rozmiar atomu.
2. W przypadku tego samego pierwiastka promień jonowy rośnie wraz ze wzrostem ładunku ujemnego i maleje wraz ze wzrostem ładunku dodatniego. Promień anionu jest większy niż promień kationu, ponieważ anion ma nadmiar elektronów, podczas gdy kation ma niedobór. Na przykład dla Fe, Fe 2+, Fe 3+ efektywny promień wynosi odpowiednio 0,126, 0,080 i 0,067 nm, dla Si 4-, Si, Si 4+ efektywny promień wynosi 0,198, 0,118 i 0,040 nm.
3. Wielkości atomów i jonów odpowiadają okresowości układu Mendelejewa; wyjątkami są pierwiastki od nr 57 (lantan) do nr 71 (lutet), w których promienie atomowe nie rosną, ale równomiernie maleją (tzw. skurcz lantanowców) oraz pierwiastki od nr 89 (aktyn) i dalej ( tzw. skurcz aktynoidalny).
Promień atomowy pierwiastka chemicznego zależy od liczby koordynacyjnej. Wzrostowi liczby koordynacyjnej zawsze towarzyszy wzrost odległości międzyatomowych. W tym przypadku względna różnica pomiędzy wartościami promieni atomowych odpowiadających dwóm różnym liczbom koordynacyjnym nie zależy od rodzaju wiązania chemicznego (pod warunkiem, że rodzaj wiązania w strukturach o porównywanych liczbach koordynacyjnych jest taki sam). Zmiana promieni atomowych wraz ze zmianą liczby koordynacyjnej znacząco wpływa na wielkość zmian objętościowych podczas transformacji polimorficznych. Na przykład, gdy żelazo jest schładzane, jego przemianie z modyfikacji sześciennej skupionej na ścianie w modyfikację sześcienną skupioną na ciele zachodzącą w temperaturze 906 ° C powinno towarzyszyć zwiększenie objętości o 9%, w rzeczywistości wzrost objętości wynosi 0,8 %. Wynika to z faktu, że w wyniku zmiany liczby koordynacyjnej z 12 na 8 promień atomowy żelaza zmniejsza się o 3%. Oznacza to, że zmiana promieni atomowych podczas transformacji polimorficznych w dużym stopniu kompensuje zmiany objętościowe, które musiałyby nastąpić, gdyby w tym przypadku promień atomowy się nie zmienił. Promienie atomowe pierwiastków można porównać tylko z tą samą liczbą koordynacyjną.
Promienie atomowe (jonowe) zależą również od rodzaju wiązania chemicznego.
W kryształach z wiązaniem metalicznym promień atomowy definiuje się jako połowę odległości międzyatomowej pomiędzy najbliższymi atomami. W przypadku roztworów stałych promienie atomów metali zmieniają się w sposób złożony.
Pod promieniami kowalencyjnymi pierwiastków z wiązaniem kowalencyjnym rozumie się połowę odległości międzyatomowej między najbliższymi atomami połączonymi pojedynczym wiązaniem kowalencyjnym. Cechą promieni kowalencyjnych jest ich stałość w różnych strukturach kowalencyjnych o tych samych liczbach koordynacyjnych. A więc odległości w singlu Obligacje CC w diamencie i węglowodorach nasyconych są takie same i równe 0,154 nm.
Promieni jonowych w substancjach z wiązaniem jonowym nie można zdefiniować jako połowy sumy odległości pomiędzy najbliższymi jonami. Z reguły rozmiary kationów i anionów znacznie się różnią. Ponadto symetria jonów różni się od kulistej. Istnieje kilka podejść do szacowania wartości promieni jonowych. W oparciu o te podejścia szacuje się promienie jonowe pierwiastków, a następnie na podstawie eksperymentalnie określonych odległości międzyatomowych wyznacza się promienie jonowe pozostałych pierwiastków.
Promienie Van der Waalsa określają efektywne rozmiary atomów gazu szlachetnego. Ponadto za promienie atomowe van der Waalsa uważa się połowę odległości międzyjądrowej między najbliższymi identycznymi atomami, które nie są związane chemicznie, tj. należące do różnych cząsteczek (na przykład w kryształach molekularnych).
Wykorzystując w obliczeniach i konstrukcjach wartości promieni atomowych (jonowych), ich wartości należy zaczerpnąć z tablic zbudowanych według jednego systemu.
Rozmiar cząstek często determinuje rodzaj struktury krystalicznej, jest ważny dla zrozumienia przepływu wielu reakcje chemiczne. O wielkości atomów, jonów i cząsteczek decydują elektrony walencyjne. Podstawę do zrozumienia tego zagadnienia – wzorce zmian promieni orbitalnych – podaje rozdz. 2.4. Atom nie ma granic, a jego wielkość jest wartością warunkową. Niemniej jednak możliwe jest scharakteryzowanie wielkości wolnego atomu na podstawie promienia orbity. Ale praktyczne znaczenie mają zwykle atomy i jony w składzie substancji (w cząsteczce, polimerze, cieczy lub ciele stałym), a nie wolne. Ponieważ stany wolnego i związanego atomu znacznie się różnią (a przede wszystkim ich energia), rozmiary również muszą się różnić.
Dla związanych atomów można także wprowadzić wielkości charakteryzujące ich wielkość. Chociaż chmury elektronów związanych atomów mogą znacznie różnić się od chmur kulistych, zwyczajowo charakteryzuje się rozmiary atomów skuteczny (pozorny) promienie .
Rozmiary atomów tego samego pierwiastka zależą zasadniczo od jego składu związek chemiczny Z jakim rodzajem wiązania jest atom. Na przykład dla wodoru połowa odległości międzyatomowej w cząsteczce H2 wynosi 0,74/2 = 0,37 Å, a dla wodoru metalicznego wartość promienia wynosi 0,46 Å. Dlatego przydziel promienie kowalencyjne, jonowe, metaliczne i van der Waalsa . Z reguły w koncepcjach promieni efektywnych odległości międzyatomowe (dokładniej odległości międzyjądrowe) uważa się za sumę promieni dwóch sąsiednich atomów, przyjmując atomy jako nieściśliwe kule. W obecności wiarygodnych i dokładnych danych eksperymentalnych dotyczących odległości międzyatomowych (a takie dane są dostępne od dawna zarówno dla cząsteczek, jak i kryształów z dokładnością do tysięcznych części angstremów), pozostaje jeden problem z określeniem promienia każdego atomu - jak rozłożyć odległość międzyatomową pomiędzy dwoma atomami. Oczywiste jest, że problem ten można jednoznacznie rozwiązać jedynie poprzez wprowadzenie dodatkowych niezależnych danych lub założeń.
Koniec pracy -
Ten temat należy do:
Właściwości wiązań chemicznych
Na stronie internetowej przeczytaj: „właściwości wiązań chemicznych” ..
Jeśli potrzebujesz dodatkowy materiał na ten temat lub nie znalazłeś tego, czego szukałeś, polecamy skorzystać z wyszukiwarki w naszej bazie dzieł:
Co zrobimy z otrzymanym materiałem:
Jeśli ten materiał okazał się dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:
| ćwierkać |
Wszystkie tematy w tym dziale:
promienie kowalencyjne
Najbardziej oczywista sytuacja dotyczy promieni kowalencyjnych atomów tworzących niepolarne cząsteczki dwuatomowe. W takich przypadkach promień kowalencyjny wynosi dokładnie połowę odległości międzyatomowej
Promienie jonowe
Ponieważ o godz. y. trudno jest obserwować cząsteczki z wiązaniami jonowymi, a jednocześnie znana jest duża liczba związków tworzących kryształy jonowe, wówczas jeśli chodzi o promienie jonowe,
promienie metalu
Samo określenie promieni metalu nie stanowi problemu - wystarczy zmierzyć odległość międzyjądrową w odpowiednim metalu i podzielić ją na pół. W tabeli. 20 to jakaś metamfetamina
promienie van der Waalsa
Promienie Van der Waalsa można wyznaczyć, mierząc odległości między atomami w krysztale, gdy nie ma między nimi wiązania chemicznego. Innymi słowy, atomy należą do różnych cząsteczek.
Pytania do samodzielnego sprawdzenia
1. Co to są promienie orbitalne i efektywne? 2. Jaka jest różnica pomiędzy promieniem kulki a promieniem atomu lub jonu? 3. W jakich przypadkach promień kowalencyjny jest równy połowie długości
Efektywne ładunki atomów
Kiedy tworzy się wiązanie chemiczne, gęstość elektronów ulega redystrybucji iw tym przypadku wiązanie polarne atomy są naładowane elektrycznie. Opłaty te nazywane są skutecznymi. Są hara
Ładunki efektywne w niektórych kryształach jonowych
Substancja CsF CsCl NaF NaCl LiF LiCl LiI DEO 3.3
Efektywne ładunki atomów w tlenkach (wg N. S. Achmetowa)
Tlenek Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO
Pytania do samodzielnego sprawdzenia
1. Jaki jest efektywny ładunek atomu? 2. Czy ładunek efektywny może przekraczać (w module) stopień utlenienia atomu? 3. Jaki jest stopień jonowości wiązania? 4. K
Wartościowość
Ogólnie wartościowość charakteryzuje zdolność atomów pierwiastka do tworzenia związków zawierających określony skład (pewne stosunki liczby różnych pierwiastków w związku). Często w
Pytania do samodzielnego sprawdzenia
1. Zdefiniować pojęcia: stopień utlenienia; kowalencja; numer koordynacyjny; liczba steryczna. 2. Określić kowalencję, stopień utlenienia i CN dla: H2S; H
Energia wiązania
Wielkość energii jest najważniejszą cechą wiązania, która określa odporność substancji na ciepło, oświetlenie, naprężenia mechaniczne i reakcje z innymi substancjami[†]. Istnieć różne metody uh
Energie wiązania cząsteczek dwuatomowych w gazie (N. N. Pavlov)
Cząsteczka H2 Li2 Na2 K2 F2 Cl2
Pytania do samodzielnego sprawdzenia
1. Przewiduj zmianę energii wiązań C–N w szeregach H3CNH2, H2CNH, HCNH. 2. Przewiduj zmianę energii wiązania w szeregu O2, S2, Se2
Wiązanie chemiczne i układ okresowy pierwiastków
Rozważmy prawidłowości budowy i właściwości niektórych prostych substancji i najprostszych związków, określone przez strukturę elektronową ich atomów. Atomy gazu szlachetnego (grupa VIIIA) mają całkowicie
Zmiana odległości międzyatomowych dla prostych substancji z grupy VIA
Substancja Odległość między atomami, Å wewnątrz cząsteczek różnica między cząsteczkami S
Dodatkowy
3. Chemia ogólna / wyd. E. M. Sokołowska. M.: Wydawnictwo Moskiewskiego Uniwersytetu Państwowego, 1989. 4. Ugay Ya. O. Chemia ogólna. M.: Wyżej. szkoła, 1984. 5. On jest ten sam. Chemia ogólna i nieorganiczna. M..
Jedną z najważniejszych cech pierwiastków chemicznych biorących udział w tworzeniu wiązania chemicznego jest wielkość atomu (jonu): wraz ze wzrostem maleje siła wiązań międzyatomowych. Wielkość atomu (jonu) określa się zwykle na podstawie wartości jego promienia lub średnicy. Ponieważ atom (jon) nie ma wyraźnych granic, koncepcja „promienia atomowego (jonowego)” oznacza, że 90–98% gęstości elektronowej atomu (jonu) zawarte jest w sferze tego promienia. Znajomość wartości promieni atomowych (jonowych) pozwala oszacować odległości międzyjądrowe w kryształach (czyli strukturę tych kryształów), ponieważ w przypadku wielu problemów najkrótsze odległości między jądrami atomów (jonów) można uznać za suma ich promieni atomowych (jonowych), chociaż taka addytywność jest przybliżona i nie we wszystkich przypadkach jest spełniona.
Pod promień atomowy pierwiastek chemiczny (o promieniu jonowym, patrz poniżej), biorący udział w tworzeniu wiązania chemicznego, w ogólnym przypadku zgodził się rozumieć połowę równowagowej odległości międzyjądrowej między najbliższymi atomami w sieci krystalicznej pierwiastka. Koncepcja ta, dość prosta, jeśli weźmiemy pod uwagę atomy (jony) jako sztywne kule, w rzeczywistości okazuje się złożona i często niejednoznaczna. Promień atomowy (jonowy) pierwiastka chemicznego nie jest wartością stałą, ale zmienia się w zależności od wielu czynników, z których najważniejszym jest rodzaj wiązania chemicznego
i numer koordynacyjny.
Jeśli ten sam atom (jon) tworzy się w różnych kryształach różne rodzaje wiązanie chemiczne, wtedy będzie miało kilka promieni - kowalencyjne w krysztale z wiązaniem kowalencyjnym; jonowy w krysztale z wiązaniem jonowym; metaliczny w metalu; van der Waalsa w krysztale molekularnym. Wpływ rodzaju wiązania chemicznego można zobaczyć w poniższym przykładzie. W diamencie wszystkie cztery wiązania chemiczne są kowalencyjne i powstają sp 3-hybrydy, czyli wszyscy czterej sąsiedzi danego atomu znajdują się na tym samym i
w tej samej odległości od niego D= 1,54 A˚), a promień kowalencyjny węgla w diamencie będzie wynosić
jest równe 0,77 A˚. W krysztale arsenu odległość między atomami związanymi wiązaniami kowalencyjnymi ( D 1 = 2,52 A˚), znacznie mniej niż pomiędzy atomami związanymi siłami van der Waalsa ( D 2 = 3,12 A˚), więc As będzie miał promień kowalencyjny 1,26 A˚, a van der Waals 1,56 A˚.
Promień atomowy (jonowy) również zmienia się bardzo gwałtownie wraz ze zmianą liczby koordynacyjnej (można to zaobserwować podczas polimorficznych transformacji pierwiastków). Im mniejsza liczba koordynacyjna, tym mniejszy stopień wypełnienia przestrzeni atomami (jonami) i mniejsze odległości międzyjądrowe. Wzrostowi liczby koordynacyjnej zawsze towarzyszy wzrost odległości międzyjądrowych.
Z powyższego wynika, że promienie atomowe (jonowe) różnych pierwiastków biorących udział w tworzeniu wiązania chemicznego można porównywać tylko wtedy, gdy tworzą one kryształy, w których realizowany jest ten sam typ wiązania chemicznego, a pierwiastki te w utworzonych kryształach mają te same numery koordynacyjne.
Rozważmy bardziej szczegółowo główne cechy promieni atomowych i jonowych.
Pod kowalencyjne promienie pierwiastków Zwyczajowo rozumie się połowę równowagowej odległości międzyjądrowej między najbliższymi atomami połączonymi wiązaniem kowalencyjnym.
Cechą promieni kowalencyjnych jest ich stałość w różnych „strukturach kowalencyjnych” o tej samej liczbie koordynacyjnej Z j. Ponadto promienie kowalencyjne z reguły są ze sobą związane addytywnie, to znaczy odległość A – B stanowi połowę sumy odległości A – A i B – B w obecności wiązań kowalencyjnych i to samo numery koordynacyjne we wszystkich trzech strukturach.
Istnieją promienie kowalencyjne normalne, czworościenne, oktaedryczne, kwadratowe i liniowe.
Normalny promień kowalencyjny atomu odpowiada przypadkowi, gdy atom tworzy tyle wiązań kowalencyjnych, ile odpowiada jego miejscu w układzie okresowym: dla węgla - 2, dla azotu - 3 itd. Daje to różne znaczenia normalne promienie w zależności od krotności (kolejności) wiązania (wiązanie pojedyncze, podwójne, potrójne). Jeśli wiązanie powstaje, gdy hybrydowe chmury elektronów nakładają się, wówczas mówimy o czworościennym
(Z k = 4, sp Orbitale 3-hybrydowe), oktaedryczne ( Z k = 6, D 2sp Orbitale 3-hybrydowe), kwadratowe ( Z k = 4, dsp Orbitale 2-hybrydowe), liniowe ( Z k = 2, sp-orbitale hybrydowe) promienie kowalencyjne.
Warto wiedzieć, co następuje na temat promieni kowalencyjnych (podano wartości promieni kowalencyjnych dla wielu pierwiastków).
1. Promieni kowalencyjnych, w odróżnieniu od jonowych, nie można interpretować jako promieni atomów mających kształt kulisty. Promienie kowalencyjne służą jedynie do obliczania odległości międzyjądrowych między atomami połączonymi wiązaniami kowalencyjnymi i nie mówią nic o odległościach między atomami tego samego typu, które nie są związane wiązaniami kowalencyjnymi.
2. Wartość promienia kowalencyjnego zależy od krotności wiązania kowalencyjnego. Wiązanie potrójne jest krótsze niż wiązanie podwójne, które z kolei jest krótsze niż wiązanie pojedyncze, więc promień kowalencyjny wiązania potrójnego jest mniejszy niż promień kowalencyjny wiązania podwójnego, który jest mniejszy
pojedynczy. Należy pamiętać, że rząd krotności relacji nie musi być liczbą całkowitą. Może być również ułamkowe, jeśli wiązanie jest rezonansowe (cząsteczka benzenu, związek Mg2Sn, patrz poniżej). W tym przypadku promień kowalencyjny ma wartość pośrednią między wartościami odpowiadającymi rzędom całkowitym krotności wiązań.
3. Jeżeli wiązanie ma charakter mieszany kowalencyjno-jonowy, ale z dużym udziałem składnika kowalencyjnego wiązania, to można wprowadzić pojęcie promienia kowalencyjnego, ale wpływ składnika jonowego wiązania na jego wartości nie można zaniedbać. W niektórych przypadkach efekt ten może prowadzić do znacznego zmniejszenia promienia kowalencyjnego, czasami do 0,1 A˚. Niestety próby przewidywania wielkości tego efektu są różne
sprawy nie zakończyły się jeszcze sukcesem.
4. Wartość promienia kowalencyjnego zależy od rodzaju orbitali hybrydowych biorących udział w tworzeniu wiązania kowalencyjnego.
Promienie jonowe, oczywiście, nie można zdefiniować jako połowy sumy odległości między jądrami najbliższych jonów, ponieważ z reguły rozmiary kationów i anionów znacznie się różnią. Ponadto symetria jonów może różnić się nieco od sferycznej. Niemniej jednak dla prawdziwych kryształów jonowych poniżej promień jonowy Zwyczajowo rozumie się promień kuli, który jest przybliżony do jonu.
Promienie jonowe służą do przybliżonego oszacowania odległości międzyjądrowych w kryształach jonowych. Zakłada się, że odległość pomiędzy najbliższym kationem i anionem jest równa sumie ich promieni jonowych. Typowy błąd w określaniu odległości międzyjądrowych pod względem promieni jonowych w takich kryształach wynosi ≈0,01 A˚.
Istnieje kilka układów promieni jonowych, które różnią się wartościami promieni jonowych poszczególnych jonów, ale prowadzą do w przybliżeniu takich samych odległości międzyjądrowych. Pierwszą pracę nad wyznaczeniem promieni jonowych przeprowadził V. M. Goldshmit w latach dwudziestych XX wieku. Wykorzystano w nim z jednej strony odległości międzyjądrowe w kryształach jonowych mierzone metodą rentgenowskiej analizy strukturalnej, a z drugiej strony wartości promieni jonowych F– i O2– wyznaczone metodą
metoda refraktometryczna. Większość innych systemów również opiera się na odległościach międzyjądrowych w kryształach określonych metodami dyfrakcyjnymi oraz na pewnych „odniesieniach” wartościach promienia jonowego konkretnego jonu. W najbardziej znanym systemie
Paulinga, ta wartość odniesienia jest promieniem jonowym jonu nadtlenku O2, równym
1,40 A˚. Ta wartość dla O2– dobrze zgadza się z obliczeniami teoretycznymi. W systemie G. B. Bokiyi i N. V. Biełowa, uważanym za jeden z najbardziej niezawodnych, promień jonowy O2– przyjmuje się równy 1,36 A˚.
W latach 70. i 80. XX wieku podejmowano próby bezpośredniego określenia promieni jonów poprzez pomiar gęstości elektronów za pomocą rentgenowskiej analizy strukturalnej, pod warunkiem, że za granicę jonów przyjęto minimalną gęstość elektronów na linii łączącej jądra . Okazało się, że ta metoda bezpośrednia prowadzi do zawyżenia wartości promieni jonowych kationów i zaniżenia wartości promieni jonowych anionów. Ponadto okazało się, że wartości promieni jonowych wyznaczonych metodą bezpośrednią nie mogą być przenoszone z jednego związku na drugi, a odchylenia od addytywności są zbyt duże. Dlatego takie promienie jonowe nie są wykorzystywane do przewidywania odległości międzyjądrowych.
Warto wiedzieć, co następuje na temat promieni jonowych (w poniższych tabelach podano wartości promieni jonowych według Bokiya i Biełowa).
1. Promień jonowy jonów tego samego pierwiastka zmienia się w zależności od jego ładunku, a dla tego samego jonu zależy od liczby koordynacyjnej. W zależności od liczby koordynacyjnej rozróżnia się promienie jonowe czworościenne i oktaedryczne.
2. Wewnątrz jednego pionowego rzędu, a dokładniej w jednej grupie, okresowo
w układzie promienie jonów o tym samym ładunku rosną wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka, ponieważ zwiększa się liczba powłok zajmowanych przez elektrony, a co za tym idzie i wielkość jonu.
|
Promień, A˚ |
3. W przypadku dodatnio naładowanych jonów atomów z tego samego okresu promienie jonowe gwałtownie maleją wraz ze wzrostem ładunku. Gwałtowny spadek tłumaczy się działaniem dwóch głównych czynników w jednym kierunku: silnym przyciąganiem „własnych” elektronów przez kation, którego ładunek wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej; wzrost siły oddziaływania kationu z otaczającymi go anionami wraz ze wzrostem ładunku kationu.
|
Promień, A˚ |
4. W przypadku ujemnie naładowanych jonów atomów z tego samego okresu promienie jonowe rosną wraz ze wzrostem ładunku ujemnego. Obydwa czynniki omówione w poprzednim akapicie działają w tym przypadku w przeciwne strony i przeważa czynnik pierwszy (wzrostowi ładunku ujemnego anionu towarzyszy wzrost jego promienia jonowego), zatem wzrost promieni jonowych wraz z wzrost ładunku ujemnego następuje znacznie wolniej niż spadek w poprzednim przypadku.
|
Promień, A˚ |
5. Dla tego samego pierwiastka, czyli o tej samej początkowej konfiguracji elektronowej, promień kationu jest mniejszy niż anionu. Wynika to ze zmniejszenia przyciągania zewnętrznych „dodatkowych” elektronów do jądra anionu i wzrostu efektu ekranowania ze względu na elektrony wewnętrzne (kationowi brakuje elektronów, podczas gdy anion ma nadmiar).
|
Promień, A˚ |
6. Wielkości jonów o tym samym ładunku są zgodne z okresowością układu okresowego. Jednakże wartość promienia jonowego nie jest proporcjonalna do ładunku jądra Z, co wynika z silnego przyciągania elektronów przez jądro. Ponadto lantanowce i aktynowce, w których szeregach promienie atomów i jonów o tym samym ładunku nie rosną, lecz maleją wraz ze wzrostem liczby atomowej (tzw. skurcz lantanowców i skurcz aktynowców), stanowią wyjątek od zależności okresowej .11
11 Skurcz lantanowców i aktynowców wynikają z faktu, że w lantanowcach i aktynowcach elektrony dodawane wraz ze wzrostem liczby atomowej wypełniają wewnętrzne d I F-powłoki o głównej liczbie kwantowej mniejszej niż główna liczba kwantowa danego okresu. Jednocześnie, jak wynika z obliczeń mechaniki kwantowej w D a zwłaszcza w F stwierdza, że elektron jest znacznie bliżej jądra niż w S I P zatem stany danego okresu o dużej liczbie kwantowej D I F-elektrony zlokalizowane są w wewnętrznych obszarach atomu, choć zapełnianie tych stanów elektronami (mówimy o poziomach elektronowych w przestrzeni energetycznej) przebiega inaczej.
promienie metalu uważa się za równe połowie najkrótszej odległości między jądrami atomów w strukturze krystalizującej pierwiastka metalowego. Zależą one od numeru koordynacyjnego. Jeśli weźmiemy promień metaliczny dowolnego elementu w Z k \u003d 12 na jednostkę, to kiedy Z k = 8, 6 i 4 promienie metaliczne tego samego pierwiastka będą wynosić odpowiednio 0,98; 0,96; 0,88. Promienie metaliczne mają właściwość addytywności. Znajomość ich wartości pozwala w przybliżeniu przewidzieć parametry sieci krystalicznych związków międzymetalicznych.
Promienie atomowe metali charakteryzują się następującymi cechami (dane o wartościach promieni atomowych metali można znaleźć w).
1. Metaliczne promienie atomowe metali przejściowych są na ogół mniejsze niż metaliczne promienie atomowe metali nieprzejściowych, co odzwierciedla większą siłę wiązania w metalach przejściowych. Cecha ta wynika z faktu, że metale grup przejściowych i metale im najbliższe w układzie okresowym mają elektrony D-powłoki i elektrony D- stany mogą brać udział w tworzeniu wiązania chemicznego. Wzmocnienie wiązania można wiązać częściowo z pojawieniem się kowalencyjnego składnika wiązania, a częściowo z oddziaływaniem van der Waalsa rdzeni jonowych. Na przykład w kryształach żelaza i wolframu elektrony D-stany mają znaczący udział w energii wiązania.
2. W obrębie jednej grupy pionowej, w miarę przemieszczania się z góry na dół, promienie atomowe metali rosną, co wynika z sekwencyjnego wzrostu liczby elektronów (wzrasta liczba powłok zajmowanych przez elektrony).
3. A dokładniej w ciągu jednego okresu, począwszy od metalu alkalicznego do środka grupy metali przejściowych, w kierunku od lewej do prawej, promienie metali atomowych maleją. W tej samej kolejności wzrasta ładunek elektryczny jądra atomowego i wzrasta liczba elektronów w powłoce walencyjnej. Wraz ze wzrostem liczby wiążących elektronów na atom wiązanie metaliczne ulega wzmocnieniu, a jednocześnie na skutek wzrostu ładunku jądra wzrasta przyciąganie elektronów rdzeniowych (wewnętrznych) przez jądro, więc wartość metalicznego promienia atomowego maleje.
4. Metale przejściowe z grup VII i VIII z tego samego okresu w pierwszym przybliżeniu mają prawie takie same promienie metalu. Najwyraźniej jeśli chodzi o elementy, które mają 5 i więcej D-elektrony, wzrost ładunku jądrowego i związane z tym skutki przyciągania elektronów rdzenia, prowadzące do zmniejszenia promienia metalicznego atomu, są kompensowane przez efekty wynikające ze rosnącej liczby elektronów w atomie (jonie), które nie biorą udział w tworzeniu wiązania metalicznego i prowadzą do wzrostu promienia metalicznego (zwiększając liczbę stanów zajmowanych przez elektrony).
5. Wzrost promieni (patrz ust. 2) dla elementów przejściowych, który występuje podczas przejścia z czwartego do piątego okresu, nie jest obserwowany dla elementów przejściowych przy
przejście z okresu piątego do szóstego; metaliczne promienie atomowe odpowiednich (porównanie pionowe) pierwiastków w tych dwóch ostatnich okresach są prawie takie same. Najwyraźniej wynika to z faktu, że elementy znajdujące się pomiędzy nimi są zakończone stosunkowo głębokimi F-powłoka, więc wzrost ładunku jądra i związane z nim efekty przyciągania okazują się bardziej znaczące niż efekty związane ze wzrostem liczby elektronów (skurcz lantanowców).
|
Element z 4 okresów |
Promień, A˚ |
Element z okresu 5 |
Promień, A˚ |
Element z okresu 6 |
Promień, A˚ |
6. Zwykle promienie metaliczne są znacznie większe niż promienie jonowe, ale nie różnią się tak znacząco od promieni kowalencyjnych tych samych pierwiastków, chociaż wszystkie bez wyjątku są większe od promieni kowalencyjnych. Dużą różnicę w wartościach metalicznych promieni atomowych i jonowych tych samych pierwiastków tłumaczy się tym, że wiązanie, które swoje powstanie zawdzięcza elektronom o prawie swobodnym przewodnictwie, nie jest silne (stąd obserwowane stosunkowo duże odległości międzyatomowe w siatka metalowa). Znacznie mniejszą różnicę w wartościach promieni metalicznych i kowalencyjnych tych samych pierwiastków można wyjaśnić, jeśli uznamy wiązanie metaliczne za jakieś specjalne „rezonansowe” wiązanie kowalencyjne.
Pod promień van der Waalsa Zwyczajowo rozumie się połowę równowagowej odległości międzyjądrowej między najbliższymi atomami połączonymi wiązaniem van der Waalsa. Promienie Van der Waalsa określają efektywne rozmiary atomów gazu szlachetnego. Ponadto, jak wynika z definicji, za promień atomowy van der Waalsa można uznać połowę odległości międzyjądrowej pomiędzy najbliższymi atomami o tej samej nazwie, połączonymi wiązaniem van der Waalsa i należącymi do różnych cząsteczek (na przykład w kryształy molekularne). Kiedy atomy zbliżają się do siebie na odległość mniejszą niż suma ich promieni van der Waalsa, następuje silne odpychanie międzyatomowe. Dlatego promienie atomowe van der Waalsa charakteryzują minimalne dopuszczalne styki atomów należących do różnych cząsteczek. Dane dotyczące wartości promieni atomowych van der Waalsa dla niektórych atomów można znaleźć w).
Znajomość promieni atomowych van der Waalsa pozwala określić kształt cząsteczek i ich upakowanie w kryształach molekularnych. Promienie van der Waalsa są znacznie większe niż wszystkie promienie tych samych elementów wymienionych powyżej, co tłumaczy się słabością sił van der Waalsa.
Okresowe właściwości pierwiastków
Okresowość wyraża się w strukturze powłoki elektronowej atomów, dlatego właściwości zależne od stanu elektronów są zgodne z prawem okresowości: promień atomowy i jonowy, energia jonizacji, powinowactwo elektronowe, elektroujemność i wartościowość pierwiastków. Ale skład i właściwości prostych substancji i związków zależą od budowy elektronowej atomów, dlatego okresowość obserwuje się w wielu właściwościach prostych substancji i związków: temperatura i ciepło topnienia i wrzenia, długość i energia wiązania chemicznego, potencjały elektrod, entalpie standardowe powstawanie i entropia substancji itp. Prawo okresowości obejmuje ponad 20 właściwości atomów, pierwiastków, prostych substancji i związków.
Według mechaniki kwantowej elektron może znajdować się w dowolnym miejscu wokół jądra atomu, zarówno w jego pobliżu, jak i w znacznej odległości. Dlatego granice atomów są niejasne, nieokreślone. Jednocześnie mechanika kwantowa oblicza prawdopodobieństwo rozmieszczenia elektronów wokół jądra i położenie maksymalnej gęstości elektronów dla każdego orbitalu.
Promień orbity atomu (jonu)to odległość od jądra do maksymalnej gęstości elektronowej najdalszego zewnętrznego orbitalu tego atomu (jonu).
Promienie orbit (ich wartości podane są w podręczniku) zmniejszają się w okresach, ponieważ wzrostowi liczby elektronów w atomach (jonach) nie towarzyszy pojawienie się nowych warstw elektronowych. Powłoka elektronowa atomu lub jonu każdego kolejnego pierwiastka w tym okresie staje się gęstsza w porównaniu do poprzedniej ze względu na wzrost ładunku jądra i wzrost przyciągania elektronów do jądra.
Promienie orbit w grupach rosną w miarę atom (jon) każdego pierwiastka różni się od macierzystego pojawieniem się nowej warstwy elektronicznej.
Zmianę orbitalnych promieni atomowych w ciągu pięciu okresów pokazano na ryc. 13, z którego widać, że zależność ma postać „piłokształtną” charakterystyczną dla prawa okresowości.
Ryż. 13. Zależność promienia orbity
z liczby atomowej pierwiastków pierwszego - piątego okresu.
Ale w okresach zmniejszenie wielkości atomów i jonów nie następuje monotonicznie: poszczególne elementy mają małe „wybuchy” i „zapady”. W „zapadach” z reguły znajdują się elementy, których konfiguracja elektronowa odpowiada stanowi zwiększonej stabilności: na przykład w trzecim okresie jest to magnez (3s 2), w czwartym - mangan (4s 2 3d 5) i cynk (4s 2 3d 10) itp.
Notatka. Obliczenia promieni orbit prowadzono od połowy lat siedemdziesiątych ubiegłego wieku w związku z rozwojem komputerów elektronicznych. Poprzednio używany skuteczny promienie atomów i jonów, które wyznacza się na podstawie danych eksperymentalnych dotyczących odległości międzyjądrowych w cząsteczkach i kryształach. Zakłada się, że atomy są nieściśliwymi kulkami, które w związkach dotykają swoich powierzchni. Efektywne promienie określone w cząsteczkach kowalencyjnych nazywane są kowalencyjny promienie, w kryształach metali - metal promienie, w związkach z wiązaniem jonowym - joński promienie. Promienie efektywne różnią się od promieni orbitalnych, ale ich zmiana w zależności od liczby atomowej jest również okresowa.
Ważną cechą atomu jest jego rozmiar, czyli promień atomowy. Nie określa się wielkości pojedynczego atomu, gdyż jego zewnętrzna granica jest zamazana na skutek probabilistycznej obecności elektronów w różnych punktach przestrzeni okołojądrowej. Z tego powodu, w zależności od rodzaju wiązania między atomami, rozróżnia się promienie metaliczne, kowalencyjne, van der Waalsa, jonowe i inne.
Promienie „metalowe” (r ja) znaleźć poprzez zmniejszenie o połowę najkrótszych odległości międzyatomowych w struktury krystaliczne proste substancje o liczbie koordynacyjnej 12. Dla innych wartości c.h. uwzględniona zostanie konieczna korekta.
Wartości promienie kowalencyjne (r cov) oblicza się jako połowę długości wiązania homoatomowego. Jeżeli nie można wyznaczyć długości pojedynczego wiązania homoatomowego, wartość r cov atomu pierwiastka A oblicza się odejmując promień kowalencyjny atomu pierwiastka B od długości wiązania heteroatomowego Połączenia A-B. Promienie kowalencyjne zależą głównie od wielkości wewnętrznej powłoki elektronowej.
Promienie atomów niezwiązanych w wartościowości - promienie van der Waalsa (r w) określić efektywne rozmiary atomów ze względu na siły odpychające wypełnionych poziomów energii.
Wartości energii elektronów określone przez reguły Slatera. umożliwiło oszacowanie wartości względnej - pozornej wielkości atomu - r cmp (promień empiryczny).
Długość wiązania podaje się w angstremach (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).
| Element | ja | r pow | rw | r cmp |
| H | 0.46 | 0.37 | 1.20 | 0.25 |
| On | 1.22 | 0.32 | 1.40 | - |
| Li | 1.55 | 1.34 | 1.82 | 1.45 |
| Być | 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 |
| Nie | 1.60 | 0.69 | 1.54 | - |
| Nie | 1.89 | 1.54 | 2.27 | 1.80 |
| mg | 1.60 | 1.30 | 1.73 | 1.50 |
| Glin | 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 |
| kl | - | 0.9 | 1.75 | 1.00 |
| Ar | 1.92 | 0.97 | 1.88 | - |
| K | 2.36 | 1.96 | 2.75 | 2.20 |
| Ok | 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 |
| Kr | 1.27 | 1.27 | - | 1.40 |
| Mn | 1.30 | 1.39 | - | 1.40 |
| Fe | 1.26 | 1.25 | - | 1.40 |
| współ | 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 |
| Jak | 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 |
| senior | 2.15 | 1.92 | - | 2.00 |
| Y | 1.81 | 1.62 | - | 1.80 |
| Zr | 1.60 | 1.48 | - | 1.55 |
| Uwaga | 1.45 | 1.37 | - | 1.45 |
| Pon | 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 |
| płyta CD | 1.56 | 1.48 | 1.58 | 1.55 |
| W | 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 |
| I | - | 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 |
| Po południu | - | - | - | 1.85 |
| sm | 1.81 | - | - | 1.85 |
| UE | 2.02 | - | - | 1.80 |
| Bg | 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 |
| Odnośnie | 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 |
| Tł | 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 |
| Na | - | - | - | - |
| Rn | - | 1.45 | - | - |
| ks | 2.80 | - | - | - |
| Ra | 2.35 | - | - | 2.15 |
| AC | 2.03 | - | - | 1.95 |
| Cz | 180 | - | - | 1.80 |
| Rocznie | 1.62 | - | - | 1.80 |
| U | 1.53 | - | 1.86 | 1.75 |
| Np | 1.50 | - | - | 1.75 |
| Pu | 1.62 | - | - | 1.75 |
| Jestem | - | - | - | 1.75 |
Ogólny trend promieni atomowych jest następujący. W grupach zwiększają się promienie atomowe, ponieważ wraz ze wzrostem liczby poziomów energii zwiększają się rozmiary orbitali atomowych o dużej wartości głównej liczby kwantowej. Dla pierwiastków d, w których atomach zapełnione są orbitale poprzedniego poziomu energetycznego, tendencja ta nie ma wyraźnego charakteru podczas przejścia od elementów piątego okresu do pierwiastków szóstego okresu.
W małych okresach promienie atomów na ogół maleją, ponieważ wzrost ładunku jądra podczas przejścia do każdego kolejnego elementu powoduje przyciąganie zewnętrznych elektronów ze wzrastającą siłą; liczba poziomów energii w tym samym czasie pozostaje stała.
Zmiana promienia atomowego w okresach dla pierwiastków d jest bardziej złożona.
Wartość promienia atomowego jest dość ściśle związana z tak ważną cechą atomu, jak energia jonizacji. Atom może stracić jeden lub więcej elektronów, zamieniając się w dodatnio naładowany jon - kation. Zdolność tę określa się ilościowo poprzez energię jonizacji.
Wykaz używanej literatury
- Popkow V. A., Puzakov S. A. Chemia ogólna: podręcznik. - M.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 s.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [Z. 27-28]
- Volkov, AI, Zharsky, I.M. Duży podręcznik chemiczny / A.I. Wołkow, I.M. Żarskiego. - Mińsk: Nowoczesna szkoła, 2005. - 608 z ISBN 985-6751-04-7.
