Kemiallisten alkuaineiden atomien suhteellinen koko

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


Koko on tärkeä ominaisuus atomeille, jotka muodostavat jaksollisen taulukon eri alkuaineet. Sen avulla voimme ymmärtää monia niiden ominaisuuksia, kuten vedyn ja heliumin taipumusta paeta niitä sisältävistä säiliöistä tai tiettyjen ionien kyvyttömyyttä kulkea joidenkin soluseinän ionikanavien läpi.

Kuitenkin, kun kuvittelemme atomin koostuvan erittäin tiheästä ja pienestä ytimestä, jota ympäröi vielä pienempien elektronien pilvi, joka liikkuu sen ympärillä, on vaikea ymmärtää, mitä ”koko” tarkoittaa atomin tapauksessa. Tämä johtuu siitä, että atomit on tehty lähes kokonaan tyhjästä tilasta ja olemme tottuneet ymmärtämään koon kiinteisiin kappaleisiin liittyvänä asiana, jota voimme nähdä ja käsitellä käsillämme.

Edellä esitetyn valossa kemiallisten alkuaineiden atomien suhteellisen koon selittämiseksi meidän on aloitettava määrittämällä mainittu koko kemiallisesta näkökulmasta.

Useita tapoja nähdä atomien koko

Jonkin koon määrittäminen alkaa sen muodon ja mittojen tuntemisesta. Atomien tapauksessa oletamme yleensä, että ne ovat pallon muotoisia, vaikka tämä ei ole täysin totta. Käytännöllistä on kuitenkin olettaa näin.

Kun niitä pidetään palloina, atomien koon määrää niiden säde tai halkaisija. Kun ajattelemme atomin sädettä, ensimmäisenä mieleen tuleva asia on atomin keskustan eli sen ytimen ja sen elektronipilven ulkoreunan välinen etäisyys. Ongelmana on, että elektronipilvellä ei ole terävää reunaa (kuten pilvillä ei ole terävää ulkopintaa).

Tämä tarkoittaa, että säteen määrittäminen on monimutkaista ja jossain määrin moniselitteistä. Lisäksi se tarkoittaa myös sitä, että yksittäisen atomin säteen mittaaminen on käytännössä mahdotonta. Joten on kehitetty joitain tapoja määrittää tai arvioida atomien säteet kokeellisten tietojen perusteella.

On kolme päätapaa ilmaista atomien koko:

  • Atomisäde tai metallisäde.
  • Kovalenttinen säde .
  • Ionisäde.

Nämä kolme käsitettä eroavat toisistaan ​​ja koskevat eri tapauksia. Tästä syystä ei aina ole mahdollista suoraan verrata kahden atomin kokoa keskenään. Lisäksi koko vaihtelee sen mukaan, onko kyseessä neutraali atomi vai ioni. Jälkimmäisessä tapauksessa koko vaihtelee myös sähkövarauksen arvon ja merkin mukaan.

Atomisäde tai metallisäde

Yksinkertaisin ymmärrettävä käsite on atomisäde. Alkuaineen atomisäde määritellään puoleksi kahden vierekkäisen atomin välisestä keskimääräisestä etäisyydestä puhtaan alkuaineen kiteessä. Tämä etäisyys voidaan määrittää helposti röntgendiffraktiotekniikoilla.

Kemiallisten alkuaineiden atomien suhteellinen koko

Atomisäteen käsite koskee pääasiassa metalleja, jotka ovat ainoita alkuaineita, jotka muodostavat kiderakenteita, joissa neutraalin metallin jokainen atomi on täsmälleen sama kuin sen vieressä oleva atomi. Epämetallit sen sijaan eivät yleensä muodosta samantyyppisiä kiinteitä aineita. Tästä syystä atomisädettä kutsutaan usein metallisäteeksi.

kovalenttinen säde

Jalokaasuja lukuun ottamatta useimmat epämetallit muodostavat puhtaassa tilassaan joko erillisiä molekyylejä tai kiinteitä aineita, joilla on laaja kovalenttinen verkkorakenne. Esimerkiksi alkuainehappi koostuu kaksiatomisista happimolekyyleistä (O 2 ), joten kiinteässä happikiteessä kovalenttisesti sitoutuneet happiatomit kussakin molekyylissä ovat lähempänä toisiaan kuin toisiaan. viereisten molekyylien atomit.

Toisaalta tapaukset, kuten hiili, jonka stabiilin allotrooppi on grafiitti, muodostavat kerrosrakenteita, joissa yhden kerroksen atomit ovat sitoutuneet kovalenttisesti toisiinsa, kun taas ne eivät ole sitoutuneet vierekkäisten kerrosten atomeihin.

Tämä tekee säteen määrittämisestä kahden vierekkäisen ytimen välisen etäisyyden funktiona epäselväksi. Näissä tapauksissa koko määritellään puoleksi kahden identtisen, kovalenttisesti toisiinsa sitoutuneen atomin välisestä etäisyydestä. Tätä sädettä kutsutaan kovalenttiseksi säteeksi, ja sitä käytetään yleisimmin määrittämään ei-metalliatomien koko .

Kemiallisten alkuaineiden atomien suhteellinen koko

Toisaalta kovalenttinen säde on käsite, jolla on suurempi käyttökelpoisuus kuin metallisäde, koska sen avulla voimme määrittää säteen atomeille, jotka ovat osa molekyyliä tai kovalenttista yhdistettä. Lisäksi, kun tiedämme yhden atomin kovalenttisen säteen, voimme arvioida toisen kovalenttisen säteen mittaamalla näiden kahden välille muodostuneen kovalenttisen sidoksen pituuden.

Yleensä atomin kovalenttinen säde on hieman pienempi kuin sen vastaava metallisäde.

ionisäde

Aiemmissa osissa mainittuja kahta atomikoon mittaa voidaan soveltaa vain neutraaleihin atomeihin tai atomeihin, jotka ovat osa kovalenttisia molekyylejä. Kuitenkin monet elementit , joilla on huomattavasti erilaiset elektronegatiivisuudet, yhdistyvät muodostaen ioniyhdisteitä, joissa ne saavat tai menettävät elektroneja, jolloin niistä tulee vastaavasti anioneja tai kationeja.

Näissä tapauksissa voimme määrittää atomien suhteellisen koon vertaamalla niiden ionien kokoa, eli niiden ionisädettä.

Kun meillä on kaksi erilaista ionia kytkettynä toisiinsa ja tiedämme ne erottavan etäisyyden, oletamme, että tämä etäisyys on kahden ionisäteen summa. Kuinka voimme kuitenkin tietää, mikä osa tästä etäisyydestä vastaa yhtä tai toista ionia? On selvää, että jommankumman ionin säteen määrittämiseksi tarvitsemme toisen säteen arvon. Tämä tarkoittaa, että meidän tarvitsee vain määrittää minkä tahansa kationin ja minkä tahansa anionin säde.

Sitten voimme käyttää kationin sädettä minkä tahansa muun haluamamme anionin säteen määrittämiseen, kun taas voimme käyttää anionin sädettä minkä tahansa muun kationin säteen määrittämiseen.

Tämä saavutettiin ensin litiumjodidin, ionisen yhdisteen, joka koostuu erittäin pienestä kationista ja erittäin suuresta anionista, kristallografisista tiedoista.

Kemiallisten alkuaineiden atomien suhteellinen koko

Tässä yhdisteessä kiderakenteen muodostaa jodidi-ionien verkosto (I ), jossa jokainen anioni on suorassa kosketuksessa kuuden muun jodidin kanssa, kun taas litiumionit (Li + ) sijaitsevat muodostuvissa onteloissa. joka neljäs jodideja, jotka ovat suorassa kosketuksessa näiden kaikkien kanssa. Siten jodidin ionisäde voidaan määrittää puoleksi kahden vierekkäisen jodiytimen välisestä etäisyydestä, kun taas litiumin ja jodiytimien välinen etäisyys mahdollistaa litiumin ionisäteen määrittämisen vähentämällä jodidin säteen.

Atomisäteen jaksollinen trendi

Kuten alussa mainittiin, atomikoko on aineen jaksollinen ominaisuus. Eli se vaihtelee ennustettavalla tavalla ajanjakson ja ryhmän välillä.

Jakson aikana sekä atomisäde että kovalenttinen säde pienenevät vasemmalta oikealle. Sama tapahtuu niiden ionien ionisäteiden kanssa, joilla on sama sähkövaraus. Syynä tähän käyttäytymiseen on tehokas ydinvaraus, joka kasvaa atomiluvun kasvaessa.

Toisaalta, kun siirryt jaksosta toiseen ryhmän sisällä (eli siirryt ryhmän pituutta alaspäin), myös tehollinen ydinvaraus kasvaa, mutta uloimmat elektronit (eli valenssielektronit) sijaitsevat elektronissa. nousevien energiatasojen kuoret. Tämä tarkoittaa, että valenssikuoret ovat yhä kauempana ytimestä, joten myös atomin säde kasvaa.

Ionisäteen vaihtelu varauksen kanssa

Atomi-, kovalenttisten ja ionisten säteiden jaksollisen vaihtelun lisäksi ionisäteet ovat myös voimakkaasti riippuvaisia ​​sähkövarauksesta. Jokainen ylimääräinen elektroni, joka viedään atomiin sen muuntamiseksi anioniksi ja lisäämään sen negatiivista varausta, lisää valenssikuoressa olevien elektronien välistä sähköstaattista hylkimistä, mikä saa elektronipilven laajenemaan ja lisää ionisädettä.

Kationien kanssa tapahtuu päinvastoin. Jokainen elektroni, joka poistetaan atomista muuttaakseen sen kationiksi ja lisäämään positiivista varausta, vähentää elektronien välistä repulsiota, lisää tehollista ydinvarausta ja siksi elektronit vetäytyvät voimakkaammin ytimeen. Vaikutus on ionisäteen pieneneminen positiivisen varauksen kasvaessa.

Esimerkki

Jos vertaamme kloorin muodostamien eri ionien säteitä, ionisäteiden järjestys on:

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

Viitteet

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

Fysiikka ja kemia. (2019, 15. kesäkuuta). Atomien ja ionien koot . Fysiikka ja kemia. https://lafisicayquimica.com/7-3-tamanos-de-atomos-e-iones/

Sokraattinen. (2016, 3. tammikuuta). Miten atomikoko mitataan? Socratic.org. https://socratic.org/questions/how-is-atomic-size-measured

Opiskele oppia. (2014, 14. kesäkuuta). Atomikoko . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=HBIUnpU_vJA

Tome, C. (2020, 4. helmikuuta). Miksi atomit ovat sen kokoisia? Tieteellisen kulttuurin muistikirja. https://culturacientifica.com/2020/02/04/por-que-los-atomos-tienen-el-tamano-que-tienen/

-Mainos-

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

Artículos relacionados

Liekin väritesti