Relativ størrelse af atomer af kemiske elementer

Artículo revisado y aprobado por nuestro equipo editorial, siguiendo los criterios de redacción y edición de YuBrain.


Størrelsen er en vigtig egenskab ved de atomer, der udgør de forskellige grundstoffer, der er til stede i det periodiske system. Det giver os mulighed for at forstå mange af deres egenskaber, såsom brint og heliums tendens til at undslippe fra beholderne, der indeholder dem, eller visse ioners manglende evne til at passere gennem nogle ionkanaler i cellevæggen.

Men når vi forestiller os et atom som bestående af en meget tæt og lille kerne omgivet af en sky af endnu mindre elektroner, der bevæger sig rundt om det, er det svært at forstå, hvad “størrelse” betyder i tilfælde af et atom. Dette skyldes, at atomer næsten udelukkende er lavet af tomt rum, og vi er vant til at forstå størrelse som noget, der er forbundet med faste kroppe, som vi kan se og manipulere med vores hænder.

I lyset af ovenstående, for at forklare den relative størrelse af de kemiske grundstoffers atomer, må vi begynde med at definere størrelsen ud fra et kemisk synspunkt.

Flere måder at se størrelsen af ​​atomer på

At definere størrelsen af ​​noget starter med at kende dets form og dets dimensioner. I tilfælde af atomer antager vi generelt, at de har form som en kugle, selvom dette ikke er strengt sandt. Det er dog praktisk at antage det sådan.

Hvis man betragter dem som kugler, bestemmes størrelsen af ​​atomerne af deres radius eller deres diameter. Når vi tænker på et atoms radius, er det første, der kommer til at tænke på, afstanden mellem atomets centrum eller dets kerne og den ydre kant af dets elektronsky. Problemet er, at elektronskyen ikke har en skarp kant (ligesom skyer ikke har en skarp ydre overflade).

Dette indebærer, at definitionen af ​​radius er kompliceret og noget tvetydig. Derudover betyder det også, at måling af radius af et individuelt atom er praktisk talt umuligt. Så nogle måder er blevet udviklet til at bestemme eller estimere radierne af atomer baseret på eksperimentelle data.

Der er tre hovedmåder at udtrykke størrelsen af ​​atomer på:

De tre begreber er forskellige fra hinanden og gælder for forskellige sager. Af denne grund er det ikke altid muligt direkte at sammenligne størrelsen af ​​to atomer med hinanden. Derudover ændres størrelsen alt efter, om det er et neutralt atom eller en ion. I sidstnævnte tilfælde varierer størrelsen også afhængigt af værdien og tegnet på den elektriske ladning.

Atomradius eller metallisk radius

Det enkleste koncept at forstå er atomradius. Atomradius af et grundstof er defineret som halvdelen af ​​den gennemsnitlige afstand mellem to tilstødende atomer i en krystal af det rene grundstof. Denne afstand kan let bestemmes ved hjælp af røntgendiffraktionsteknikker.

Relativ størrelse af atomer af kemiske elementer

Begrebet atomradius gælder hovedsageligt for metaller, som er de eneste grundstoffer, der danner krystallinske strukturer, hvor hvert atom i det neutrale metal er nøjagtigt det samme som det ved siden af. Ikke-metaller på den anden side danner generelt ikke den samme type faste stoffer. Det er af denne grund, at atomradius ofte kaldes metallisk radius.

kovalent radius

Med undtagelse af ædelgasserne danner de fleste ikke-metaller i deres rene tilstand enten diskrete molekyler eller faste stoffer med omfattende kovalente netværksstrukturer. For eksempel er elementært oxygen opbygget af diatomiske oxygenmolekyler (O 2 ), så i en fast oxygenkrystal vil de kovalent bundne oxygenatomer i hvert molekyle være tættere på hinanden end på hinanden atomer af tilstødende molekyler.

På den anden side danner tilfælde som carbon, hvis mest stabile allotrop er grafit, lagdelte strukturer, hvor atomer i et lag er kovalent bundet til hinanden, mens de ikke er bundet til atomer i tilstødende lag.

Dette gør definitionen af ​​radius som funktion af afstanden mellem to tilstødende kerner tvetydig. I disse tilfælde er størrelsen defineret som halvdelen af ​​afstanden mellem to identiske atomer, der er kovalent bundet til hinanden. Denne radius kaldes den kovalente radius, og den er den mest almindeligt anvendte til at bestemme størrelsen af ​​ikke-metalatomer .

Relativ størrelse af atomer af kemiske elementer

På den anden side er den kovalente radius et begreb, der har en større anvendelighed end den metalliske radius, da det giver os mulighed for at tildele en radius til de atomer, der er en del af et molekyle eller en kovalent forbindelse. Ved at kende den kovalente radius af et atom kan vi desuden estimere den kovalente radius af et andet ved at måle længden af ​​en kovalent binding dannet mellem de to.

Normalt er den kovalente radius af et atom lidt mindre end dets respektive metalliske radius.

ionisk radius

De to mål for atomstørrelse nævnt i de foregående afsnit kan kun anvendes på neutrale atomer eller på atomer, der er en del af kovalente molekyler. Men mange grundstoffer , der har markant forskellige elektronegativiteter, kombineres og danner ioniske forbindelser, hvori de får eller taber elektroner, og bliver dermed til henholdsvis anioner eller kationer.

I disse tilfælde kan vi fastslå den relative størrelse af atomerne ved at sammenligne størrelserne af deres ioner, det vil sige deres ionradius.

Når vi har to forskellige ioner koblet sammen, og vi kender afstanden, der adskiller dem, antager vi, at denne afstand vil være summen af ​​de to ioniske radier. Men hvordan kan vi vide, hvilken brøkdel af denne afstand der svarer til en eller anden ion? Det er tydeligt, at for at bestemme radius af en af ​​de to ioner, har vi brug for værdien af ​​radius af den anden. Det betyder, at vi kun behøver at bestemme radius af enhver kation og enhver anion.

Så kan vi bruge radius af kationen til at bestemme radius af enhver anden anion, vi ønsker, mens vi kan bruge radius af anion til at bestemme radius af enhver anden kation.

Dette blev først opnået ud fra krystallografiske data for lithiumiodid, en ionisk forbindelse bestående af en meget lille kation og en meget stor anion.

Relativ størrelse af atomer af kemiske elementer

I denne forbindelse er den krystallinske struktur dannet af et netværk af iodidioner (I ), hvor hver anion er i direkte kontakt med seks andre iodider, mens lithiumioner (Li + ) er placeret i de hulrum, der dannes. iodider, der er i direkte kontakt med alle disse. Iodids ionradius kan således bestemmes som halvdelen af ​​afstanden mellem to tilstødende jodkerner, mens afstanden mellem lithium- og iodkernerne gør det muligt at bestemme lithiums ionradius ved at fratrække iodid.

Periodisk trend af atomradius

Som nævnt i begyndelsen er atomstørrelse en periodisk egenskab ved stof. Det vil sige, at det varierer på en forudsigelig måde over en periode og på tværs af en gruppe.

I løbet af perioden falder både den atomare radius og den kovalente radius fra venstre mod højre. Det samme sker med de ioniske radier af ioner, der har samme elektriske ladning. Årsagen bag denne adfærd er den effektive nukleare ladning, som stiger i takt med at atomnummeret stiger.

På den anden side, når du bevæger dig fra en periode til en anden inden for en gruppe (dvs. bevæger dig ned i længden af ​​en gruppe), øges den effektive kerneladning også, men de yderste elektroner (dvs. valenselektroner) er placeret i elektroner skaller af stigende energiniveauer. Dette indebærer, at valensskallene er længere og længere væk fra kernen, så atomets radius øges også.

Variation af ionradius med ladning

Ud over den periodiske variation af atomare, kovalente og ioniske radier er ioniske radier også stærkt afhængige af elektrisk ladning. Hver yderligere elektron, der indføres i et atom for at omdanne det til en anion og øge dens negative ladning, øger den elektrostatiske frastødning mellem elektronerne i valensskallen, hvilket får elektronskyen til at udvide sig og øge den ioniske radius.

Det modsatte sker med kationer. Hver elektron, der fjernes fra et atom for at omdanne det til en kation og øge den positive ladning, reducerer frastødningen mellem elektronerne, øger den effektive kerneladning og derfor tiltrækkes elektronerne stærkere til kernen. Effekten er et fald i ionradius med stigende positiv ladning.

Eksempel

Hvis vi sammenligner radierne af de forskellige ioner, som klor kan danne, vil rækkefølgen af ​​de ioniske radier være:

Cl 7+ < Cl 5+ < Cl 3+ < Cl + < Cl < Cl

Referencer

Bodner Research Web. (nd). Størrelse af atomer . https://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch7/index.php

Fysik og kemi. (2019, 15. juni). Atom- og ionstørrelser . Fysik og kemi. https://lafisicayquimica.com/7-3-tamanos-de-atomos-e-iones/

Sokratisk. (2016, 3. januar). Hvordan måles atomstørrelse? Socratic.org. https://socratic.org/questions/how-is-atomic-size-measured

Studynlær. (2014, 14. juni). AtomicSize . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=HBIUnpU_vJA

Tome, C. (2020, 4. februar). Hvorfor er atomer den størrelse, de er? Videnskabelig kultur notesbog. https://culturacientifica.com/2020/02/04/por-que-los-atomos-tienen-el-tamano-que-tienen/

-Reklame-

mm
Israel Parada (Licentiate,Professor ULA)
(Licenciado en Química) - AUTOR. Profesor universitario de Química. Divulgador científico.

Artículos relacionados

Flammefarvetesten