Mărimea relativă a atomilor elementelor chimice

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


Mărimea este o caracteristică importantă a atomilor care alcătuiesc diferitele elemente prezente în tabelul periodic. Ne permite să înțelegem multe dintre caracteristicile lor, cum ar fi tendința hidrogenului și a heliului de a scăpa din recipientele care le conțin sau incapacitatea anumitor ioni de a trece prin unele canale ionice din peretele celular.

Cu toate acestea, atunci când ne imaginăm un atom ca fiind format dintr-un nucleu foarte dens și mic, înconjurat de un nor de electroni și mai mici care se mișcă în jurul lui, este greu de înțeles ce înseamnă „dimensiune” în cazul unui atom. Acest lucru se datorează faptului că atomii sunt formați aproape în întregime din spațiu gol și suntem obișnuiți să înțelegem dimensiunea ca ceva asociat cu corpurile solide pe care le putem vedea și manipula cu mâinile noastre.

Având în vedere cele de mai sus, pentru a explica dimensiunea relativă a atomilor elementelor chimice, trebuie să începem prin a defini dimensiunea respectivă din punct de vedere chimic.

Mai multe moduri de a vedea dimensiunea atomilor

Definirea dimensiunii a ceva începe de la cunoașterea formei și dimensiunilor sale. În cazul atomilor , presupunem în general că au forma unei sfere, deși acest lucru nu este strict adevărat. Cu toate acestea, este practic să presupunem așa.

Considerându-le ca sfere, dimensiunea atomilor este determinată de raza sau diametrul lor. Când ne gândim la raza unui atom, primul lucru care ne vine în minte este distanța dintre centrul atomului, sau nucleul său, și marginea exterioară a norului său de electroni. Problema este că norul de electroni nu are o margine ascuțită (la fel cum norii nu au o suprafață exterioară ascuțită).

Acest lucru implică faptul că definirea razei este complicată și oarecum ambiguă. În plus, înseamnă, de asemenea, că măsurarea razei unui atom individual este practic imposibilă. Deci, au fost dezvoltate câteva modalități de a determina sau estima razele atomilor pe baza datelor experimentale.

Există trei moduri principale de a exprima dimensiunea atomilor:

  • Raza atomică sau raza metalică.
  • Raza covalentă .
  • Raza ionică.

Cele trei concepte sunt diferite unele de altele și se aplică unor cazuri diferite. Din acest motiv, nu este întotdeauna posibilă compararea directă a mărimii a doi atomi între ele. În plus, dimensiunea se modifică în funcție de faptul că este vorba despre un atom neutru sau un ion. În acest din urmă caz, mărimea variază și în funcție de valoarea și semnul sarcinii electrice.

Raza atomică sau raza metalică

Cel mai simplu concept de înțeles este cel de rază atomică. Raza atomică a unui element este definită ca jumătate din distanța medie dintre doi atomi adiacenți dintr-un cristal al elementului pur. Această distanță poate fi determinată cu ușurință prin tehnici de difracție cu raze X.

Mărimea relativă a atomilor elementelor chimice

Conceptul de rază atomică se aplică în principal metalelor, care sunt singurele elemente care formează structuri cristaline în care fiecare atom al metalului neutru este exact același cu cel de lângă el. Nemetalele, pe de altă parte, nu formează în general același tip de solide. Din acest motiv, raza atomică este adesea numită rază metalică.

raza covalentă

Cu excepția gazelor nobile, majoritatea nemetalelor în stare pură formează fie molecule discrete, fie solide cu structuri de rețea covalente extinse. De exemplu, oxigenul elementar este alcătuit din molecule de oxigen biatomic (O 2 ), astfel încât, într-un cristal de oxigen solid, atomii de oxigen legați covalent din fiecare moleculă vor fi mai aproape unul de celălalt decât unul de celălalt atomii moleculelor adiacente.

Pe de altă parte, cazuri precum carbonul, al cărui alotrop cel mai stabil este grafitul, formează structuri stratificate în care atomii dintr-un strat sunt legați covalent unul de celălalt, în timp ce nu sunt legați de atomii din straturile adiacente.

Acest lucru face ca definirea razei în funcție de distanța dintre două nuclee adiacente să fie ambiguă. În aceste cazuri, dimensiunea este definită ca jumătate din distanța dintre doi atomi identici legați covalent unul de celălalt. Această rază se numește raza covalentă și este cea mai frecvent utilizată pentru a stabili dimensiunea atomilor nemetalici .

Mărimea relativă a atomilor elementelor chimice

Pe de altă parte, raza covalentă este un concept care are o aplicabilitate mai mare decât raza metalică, deoarece ne permite să atribuim o rază atomilor care fac parte dintr-o moleculă sau un compus covalent. În plus, cunoscând raza covalentă a unui atom, putem estima raza covalentă a altuia prin măsurarea lungimii unei legături covalente formate între cei doi.

De obicei, raza covalentă a unui atom este puțin mai mică decât raza metalică respectivă.

raza ionică

Cele două măsuri ale mărimii atomice menționate în secțiunile anterioare pot fi aplicate numai atomilor neutri sau atomilor care fac parte din molecule covalente. Cu toate acestea, multe elemente care au electronegativități semnificativ diferite se combină pentru a forma compuși ionici în care câștigă sau pierd electroni, devenind astfel anioni sau, respectiv, cationi.

În aceste cazuri, putem stabili dimensiunea relativă a atomilor comparând mărimile ionilor lor, adică raza lor ionică.

Când avem doi ioni diferiți legați împreună și cunoaștem distanța care îi separă, presupunem că această distanță va fi suma celor două raze ionice. Totuși, cum putem ști ce fracție din această distanță corespunde unuia sau altuia ion? Este evident că, pentru a determina raza unuia dintre cei doi ioni, avem nevoie de valoarea razei celuilalt. Aceasta înseamnă că trebuie doar să determinăm raza oricărui cation și a oricărui anion.

Apoi putem folosi raza cationului pentru a determina raza oricărui alt anion dorim, în timp ce putem folosi raza anionului pentru a determina raza oricărui alt cation.

Acest lucru a fost obținut pentru prima dată din datele cristalografice pentru iodură de litiu, un compus ionic format dintr-un cation foarte mic și un anion foarte mare.

Mărimea relativă a atomilor elementelor chimice

În acest compus, structura cristalină este formată dintr-o rețea de ioni de iodură (I ) în care fiecare anion este în contact direct cu alte șase ioduri, în timp ce ionii de litiu (Li + ) sunt localizați în cavitățile care se formează. ioduri, fiind în contact direct cu toate acestea. Astfel, raza ionică a iodului poate fi determinată ca jumătate din distanța dintre două nuclee de iod adiacente, în timp ce distanța dintre nucleele de litiu și iod face posibilă determinarea razei ionice a litiului prin scăderea celei a iodului.

Tendința periodică a razei atomice

După cum am menționat la început, dimensiunea atomică este o proprietate periodică a materiei. Adică, variază într-un mod previzibil de-a lungul unei perioade și în cadrul unui grup.

Pe parcursul perioadei, atât raza atomică, cât și raza covalentă scad de la stânga la dreapta. La fel se întâmplă și cu razele ionice ale ionilor care au aceeași sarcină electrică. Motivul din spatele acestui comportament este sarcina nucleară efectivă, care crește pe măsură ce numărul atomic crește.

Pe de altă parte, pe măsură ce te deplasezi de la o perioadă la alta în cadrul unui grup (adică, deplasându-te pe lungimea unui grup), sarcina nucleară efectivă crește, de asemenea, dar electronii cei mai exteriori (adică electronii de valență) sunt localizați în electroni. învelișuri de niveluri de energie în creștere. Acest lucru implică faptul că învelișurile de valență sunt din ce în ce mai îndepărtate de nucleu, astfel încât și raza atomului crește.

Variația razei ionice cu sarcina

Pe lângă variația periodică a razelor atomice, covalente și ionice, razele ionice sunt, de asemenea, puternic dependente de sarcina electrică. Fiecare electron suplimentar care este introdus într-un atom pentru a-l transforma într-un anion și pentru a-și crește sarcina negativă crește repulsia electrostatică dintre electronii din învelișul de valență, determinând extinderea norului de electroni și creșterea razei ionice.

Opusul se întâmplă cu cationii. Fiecare electron care este îndepărtat dintr-un atom pentru a-l transforma într-un cation și a crește sarcina pozitivă, reduce repulsia dintre electroni, crește sarcina nucleară efectivă și, prin urmare, electronii sunt atrași mai puternic de nucleu. Efectul este o scădere a razei ionice cu creșterea sarcinii pozitive.

Exemplu

Dacă comparăm razele diferiților ioni pe care îi poate forma clorul, ordinea razelor ionice va fi:

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

Referințe

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

Fizică și Chimie. (2019, 15 iunie). Dimensiunile atomilor și ionilor . Fizică și chimie. https://lafisicayquimica.com/7-3-tamanos-de-atomos-e-iones/

Socratic. (2016, 3 ianuarie). Cum se măsoară dimensiunea atomică? Socratic.org. https://socratic.org/questions/how-is-atomic-size-measured

Studiați și învățați. (2014, 14 iunie). AtomicSize . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=HBIUnpU_vJA

Tome, C. (2020, 4 februarie). De ce au atomii dimensiunea lor? Caiet de cultură științifică. https://culturacientifica.com/2020/02/04/por-que-los-atomos-tienen-el-tamano-que-tienen/

-Publicitate-

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

Artículos relacionados