A kémiai elemek atomjainak relatív mérete

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

A méret a periódusos rendszerben jelenlévő különböző elemeket alkotó atomok fontos jellemzője. Lehetővé teszi számunkra, hogy megértsük számos jellemzőjüket, például a hidrogén és a hélium hajlamát kiszabadulni az őket tartalmazó tartályokból, vagy bizonyos ionok képtelenek áthaladni a sejtfal egyes ioncsatornáin.

Ha azonban egy atomot úgy képzelünk el, hogy egy nagyon sűrű és kicsi magból áll, amelyet körülötte még kisebb elektronok felhője vesz körül, akkor nehéz megérteni, mit jelent egy atom esetében a „méret”. Ennek az az oka, hogy az atomok szinte teljes egészében üres térből állnak, és megszoktuk, hogy a méretet olyan szilárd testekhez kötjük, amelyeket a kezünkkel láthatunk és manipulálhatunk.

A fentiekre tekintettel a kémiai elemek atomjainak egymáshoz viszonyított méretének magyarázatához először a méret kémiai szempontból történő meghatározásával kell kezdenünk.

Az atomok méretének több módja is

Valaminek a méretének meghatározása abból indul ki, hogy ismerjük az alakját és a méreteit. Az atomok esetében általában azt feltételezzük, hogy gömb alakúak, bár ez szigorúan nem igaz. Praktikus azonban ezt így feltételezni.

Ha gömbnek tekintjük őket, az atomok méretét a sugaruk vagy átmérőjük határozza meg. Amikor egy atom sugarára gondolunk, az első dolog, ami eszünkbe jut, az az atom középpontja vagy magja és az elektronfelhő külső széle közötti távolság. A probléma az, hogy az elektronfelhőnek nincs éles széle (mint ahogy a felhőknek sincs éles külső felülete).

Ez azt jelenti, hogy a sugár meghatározása bonyolult és kissé kétértelmű. Emellett azt is jelenti, hogy az egyes atomok sugarának mérése gyakorlatilag lehetetlen. Tehát néhány módszert fejlesztettek ki az atomok sugarának meghatározására vagy becslésére kísérleti adatok alapján.

Az atomok méretének három fő módja van:

A három fogalom különbözik egymástól, és különböző esetekre vonatkozik. Emiatt nem mindig lehet közvetlenül összehasonlítani két atom méretét egymással. Ezenkívül a méret attól függően változik, hogy semleges atomról vagy ionról van-e szó. Ez utóbbi esetben a méret az elektromos töltés értékétől és előjelétől függően is változik.

Atomsugár vagy fémsugár

A legegyszerűbben megérthető fogalom az atomsugár. Egy elem atomi sugara a tiszta elem kristályában lévő két szomszédos atom közötti átlagos távolság fele. Ez a távolság könnyen meghatározható röntgendiffrakciós technikákkal.

A kémiai elemek atomjainak relatív mérete

Az atomsugár fogalma elsősorban a fémekre vonatkozik, amelyek az egyetlen olyan kristályszerkezetet alkotó elemek, amelyekben a semleges fém minden atomja pontosan megegyezik a mellette lévővel. A nemfémek viszont általában nem képeznek azonos típusú szilárd anyagokat. Ez az oka annak, hogy az atomi sugarat gyakran fémsugárnak nevezik.

kovalens sugár

A nemesgázok kivételével a legtöbb nemfém tiszta állapotában vagy diszkrét molekulákat, vagy kiterjedt kovalens hálózatos szerkezetű szilárd anyagokat alkot. Például az elemi oxigén kétatomos oxigénmolekulákból (O 2 ) épül fel , így egy szilárd oxigénkristályban az egyes molekulákban lévő kovalens kötésű oxigénatomok közelebb lesznek egymáshoz, mint egymáshoz.szomszédos molekulák atomjai.

Másrészt az olyan esetek, mint például a szén, amelynek legstabilabb allotrópja a grafit, olyan réteges struktúrákat alkotnak, amelyekben az egy rétegen belüli atomok kovalens kötéssel kapcsolódnak egymáshoz, míg a szomszédos rétegek atomjaihoz nem kötődnek.

Ez kétértelművé teszi a sugár meghatározását két szomszédos atommag távolságának függvényében. Ezekben az esetekben a méretet két, egymással kovalensen kötődő atom közötti távolság feleként határozzuk meg. Ezt a sugarat kovalens sugárnak nevezik, és ez a leggyakrabban használt nemfém atomok méretének meghatározására .

A kémiai elemek atomjainak relatív mérete

Másrészt a kovalens sugár egy olyan fogalom, amely jobban alkalmazható, mint a fémes sugár, mivel lehetővé teszi, hogy sugarat rendeljünk azokhoz az atomokhoz, amelyek egy molekula vagy kovalens vegyület részét képezik. Továbbá, ha ismerjük az egyik atom kovalens sugarát, meg tudjuk becsülni egy másik atom kovalens sugarát, ha megmérjük a kettő között kialakuló kovalens kötés hosszát.

Általában egy atom kovalens sugara valamivel kisebb, mint a megfelelő fém sugara.

ionos sugár

Az előző részekben említett két atomméret-mérték csak semleges atomokra vagy kovalens molekulák részét képező atomokra alkalmazható. Azonban sok olyan elem , amelyek jelentősen eltérő elektronegativitással rendelkeznek, ionos vegyületeket alkotnak, amelyekben elektronokat nyernek vagy veszítenek, így anionokká vagy kationokká válnak.

Ezekben az esetekben az atomok relatív méretét az ionok méretének, azaz az ion sugarának összehasonlításával tudjuk megállapítani.

Ha két különböző ion kapcsolódik egymáshoz, és ismerjük a távolságot, amely elválasztja őket egymástól, akkor feltételezzük, hogy ez a távolság a két ionsugár összege lesz. Honnan tudhatjuk azonban, hogy ennek a távolságnak mekkora része felel meg egyik vagy másik ionnak? Nyilvánvaló, hogy a két ion bármelyikének sugarának meghatározásához szükségünk van a másik sugarának értékére. Ez azt jelenti, hogy csak bármely kation és bármely anion sugarát kell meghatároznunk.

Ekkor a kation sugarával meghatározhatjuk bármely másik anion sugarát, amit akarunk, míg az anion sugarával bármely más kation sugarát meghatározhatjuk.

Ezt először a lítium-jodid, egy nagyon kis kationból és egy nagyon nagy anionból álló ionos vegyület krisztallográfiai adataiból sikerült elérni.

A kémiai elemek atomjainak relatív mérete

Ebben a vegyületben a kristályos szerkezetet jodidionok (I ) hálózata alkotja, amelyben minden anion hat másik jodiddal van közvetlen kapcsolatban, míg a lítium ionok (Li + ) a kialakuló üregekben helyezkednek el. négyenként jodidok, amelyek mindezekkel közvetlenül érintkeznek. Így a jodid ionsugara meghatározható két szomszédos jódmag távolságának feleként, míg a lítium és a jódmagok távolsága lehetővé teszi a lítium ionsugarának meghatározását a jodidénak levonása révén.

Az atomsugár periodikus trendje

Ahogy az elején említettük, az atomi mérete az anyag periodikus tulajdonsága. Azaz egy időszakonként és csoportonként előre látható módon változik.

Az idő alatt mind az atomsugár, mind a kovalens sugár balról jobbra csökken. Ugyanez történik az azonos elektromos töltésű ionok ionos sugaraival is. Ennek a viselkedésnek az oka az effektív nukleáris töltés, amely az atomszám növekedésével növekszik.

Másrészt, ahogy egy csoporton belül egyik periódusból a másikba lépünk (vagyis egy csoport hosszában lefelé haladunk), az effektív magtöltés is növekszik, de a legkülső elektronok (azaz vegyértékelektronok) az elektronban helyezkednek el. növekvő energiaszintű héjak. Ez azt jelenti, hogy a vegyértékhéjak egyre távolabb vannak az atommagtól, így az atom sugara is növekszik.

Az ionsugár változása a töltéssel

Az atomi, kovalens és ionos sugarak periodikus változása mellett az ionsugár is erősen függ az elektromos töltéstől. Minden további elektron, amelyet egy atomba vezetünk, hogy anionná alakítsa és növelje negatív töltését, növeli az elektrosztatikus taszítást az elektronok között a vegyértékhéjban, ami az elektronfelhő kitágulását és az ion sugarát növeli.

A kationokkal az ellenkezője történik. Minden egyes elektron, amelyet eltávolítanak az atomról, hogy kationná alakítsa, és növelje a pozitív töltést, csökkenti az elektronok közötti taszítást, növeli az effektív nukleáris töltést, és ezért az elektronok erősebben vonzódnak az atommaghoz. A hatás az ionsugár csökkenése a pozitív töltéssel.

Példa

Ha összehasonlítjuk a klór által alkotható különböző ionok sugarait, akkor az ion sugarak sorrendje a következő lesz:

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

Hivatkozások

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

Fizika és kémia. (2019. június 15.). Atom- és ionméretek . Fizika és kémia. https://lafisicayquimica.com/7-3-tamanos-de-atomos-e-iones/

szókratikus. (2016, január 3.). Hogyan mérik az atomméretet? Socratic.org. https://socratic.org/questions/how-is-atomic-size-measured

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

Tome, C. (2020, február 4.). Miért akkora méretűek az atomok? Tudományos kultúra jegyzetfüzet. https://culturacientifica.com/2020/02/04/por-que-los-atomos-tienen-el-tamano-que-tienen/

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

Artículos relacionados