АТОМНЫЙ РАДИУС: КАК ЕГО ИЗМЕРЯЮТ, КАК ОН МЕНЯЕТСЯ И ПРИМЕРЫ - ХИМИЯ - 2025

Атомный радиус является важным параметром для периодических свойств элементов периодической таблицы. Это напрямую связано с размером атомов, поскольку чем больше радиус, тем они больше или объемнее. Точно так же это связано с их электронными характеристиками.

Чем больше в атоме электронов, тем больше его атомный размер и радиус. Оба они определяются электронами валентной оболочки, поскольку на расстояниях за пределами их орбит вероятность найти электрон приближается к нулю. Вблизи ядра происходит обратное: вероятность найти электрон увеличивается.

Источник: Pexels

Верхнее изображение представляет собой упаковку ватных шариков. Обратите внимание, что каждый из них окружен шестью соседями, не считая другого возможного верхнего или нижнего ряда. То, как уплотняются ватные шарики, определяет их размеры и, следовательно, их радиусы; так же, как с атомами.

Элементы в соответствии с их химической природой так или иначе взаимодействуют со своими атомами. Следовательно, величина атомного радиуса меняется в зависимости от типа присутствующей связи и твердой упаковки ее атомов.

Как измеряется атомный радиус?

Источник: Габриэль Боливар

На основном изображении можно легко измерить диаметр ватных шариков, а затем разделить его на два. Однако сфера атома полностью не определена. Зачем? Потому что электроны циркулируют и диффундируют в определенных областях космоса: на орбиталях.

Поэтому атом можно рассматривать как сферу с неосязаемыми краями, по которым невозможно точно сказать, насколько далеко они заканчиваются. Например, на изображении выше область центра, близкая к ядру, имеет более интенсивный цвет, а ее края размыты.

Изображение представляет собой двухатомную молекулу E ₂ (например, Cl ₂ , H ₂ , O ₂ и т. Д.). Если предположить, что атомы являются сферическими телами, если расстояние d, разделяющее оба ядра в ковалентной связи, было бы определено, то было бы достаточно разделить его на две половины (d / 2), чтобы получить атомный радиус; точнее, ковалентный радиус E для E ₂ .

Что, если бы E не образовывал ковалентных связей с самим собой, а был бы металлическим элементом? Тогда d будет обозначаться числом соседей, окружающих E в его металлической структуре; то есть по координационному числу (NC) атома в упаковке (вспомните ватные шарики на основном изображении).

Определение межъядерного расстояния

Чтобы определить d, то есть межъядерное расстояние для двух атомов в молекуле или упаковке, необходимы методы физического анализа.

Одним из наиболее широко используемых методов является дифракция рентгеновских лучей, при которой луч света излучается через кристалл и изучается дифракционная картина, возникающая в результате взаимодействия электронов с электромагнитным излучением. В зависимости от упаковки могут быть получены разные дифракционные картины и, следовательно, другие значения d.

Если атомы «плотно» в кристаллической решетке, они будут иметь разные значения d по сравнению с тем, что они имели бы, если бы они были «удобными». Кроме того, эти межъядерные расстояния могут колебаться в значениях, так что атомный радиус фактически является средним значением таких измерений.

Как связаны атомный радиус и координационное число? В. Гольдшмидт установил взаимосвязь между ними, в которой для NC, равного 12, относительное значение равно 1; 0,97 для упаковки, в которой NC атома равен 8; 0,96, для NC равного 6; и 0,88 для NC 4.

Единицы

Начиная со значений NC, равных 12, было построено множество таблиц, в которых сравниваются атомные радиусы всех элементов периодической таблицы.

Поскольку не все элементы образуют такие компактные структуры (NC менее 12), соотношение В. Гольдшмидта используется для вычисления их атомных радиусов и выражения их для одной и той же упаковки. Таким образом стандартизируются измерения атомных радиусов.

Но в каких единицах они выражены? Поскольку d имеет очень маленькую величину, необходимо прибегнуть к единицам ангстрема Å (10 ∙ 10 ^-10 м) или также широко используемому пикометру (10 ∙ 10 ^-12 м).

Как это меняется в периодической таблице?

За период

Атомные радиусы, определенные для металлических элементов, называются металлическими радиусами, а для неметаллических элементов - ковалентными радиусами (например, для фосфора P ₄ или серы S ₈ ). Однако между двумя типами спиц существует более заметное различие, чем различие в названии.

Слева направо в один и тот же период ядро ​​добавляет протоны и электроны, но последние удерживаются на одном уровне энергии (главном квантовом числе). Как следствие, ядро ​​оказывает возрастающий эффективный заряд ядра на валентные электроны, что сокращает атомный радиус.

Таким образом, неметаллические элементы в один и тот же период, как правило, имеют меньшие атомные (ковалентные) радиусы, чем металлы (металлические радиусы).

Спуск по группе

Когда вы спускаетесь по группе, включаются новые уровни энергии, которые позволяют электронам иметь больше места. Таким образом, электронное облако покрывает большие расстояния, его размытая периферия в конечном итоге удаляется от ядра, и, следовательно, атомный радиус увеличивается.

Сокращение лантаноидов

Электроны во внутренней оболочке помогают защитить эффективный ядерный заряд от валентных электронов. Когда орбитали, составляющие внутренние оболочки, имеют много «дырок» (узлов), как это происходит с f-орбиталями, ядро ​​сильно сжимает атомный радиус из-за их плохого экранирующего эффекта.

Об этом свидетельствует сокращение лантаноидов в периоде 6 периодической таблицы. От La до Hf происходит значительное сокращение атомного радиуса в результате f-орбиталей, которые «заполняются» по мере прохождения f-блока: это лантаноиды и актиноиды.

Аналогичный эффект можно наблюдать и с элементами блока pa из периода 4. На этот раз в результате слабого экранирующего эффекта d-орбиталей, которые заполняются при прохождении периодов переходных металлов.

Примеры

Для периода 2 периодической таблицы атомные радиусы ее элементов равны:

-Li: 257 вечера

-Be: 112 вечера

-B: 88 часов

-C: 77 вечера

-N: 74 вечера

-O: 66 вечера

-F: 64 вечера

Обратите внимание, что металлический литий имеет самый большой атомный радиус (257 мкм), а фтор, расположенный в крайнем правом углу периода, является самым маленьким из них (64 мкм). За тот же период атомный радиус спускается слева направо, и приведенные значения подтверждают это.

Литий при образовании металлических связей имеет металлический радиус; а фтор, поскольку он образует ковалентные связи (FF), его радиус ковалентен.

Что, если вы хотите выразить атомные радиусы в ангстремах? Просто разделите их на 100: (257/100) = 2,57Å. И так далее с остальными ценностями.

Ссылки

1. Химия 301. Атомные радиусы. Получено с: ch301.cm.utexas.edu
2. Фундамент СК-12. (2016, 28 июня). Радиус атома. Получено с: chem.libretexts.org
3. Тенденции атомных радиусов. Взято с сайта: intro.chem.okstate.edu
4. Общественный колледж Клакамас. (2002). Атомный размер. Получено с: dl.clackamas.edu
5. Кларк Дж. (Август 2012 г.). Атомный и ионный радиус. Получено с: chemguide.co.uk
6. Шивер и Аткинс. (2008). Неорганическая химия. (Издание четвертое. С. 23, 24, 80, 169). Мак Гроу Хилл.