АТОМНЫЙ ОБЪЕМ: КАК ОН МЕНЯЕТСЯ ПО ПЕРИОДИЧЕСКОЙ ТАБЛИЦЕ И ПРИМЕРАМ - ХИМИЯ - 2025

Атомный объем является относительным значением , показывающим соотношение между молярной массой элемента и его плотности. Таким образом, этот объем зависит от плотности элемента, а плотность, в свою очередь, зависит от фазы и того, как в ней расположены атомы.

Таким образом, атомный объем элемента Z не является таким же в фазе, отличной от той, которую он демонстрирует при комнатной температуре (жидкой, твердой или газообразной), или когда он является частью определенных соединений. Таким образом, атомный объем Z в соединении ZA отличается от атомного объема Z в соединении ZB.

Зачем? Чтобы понять это, нужно сравнить атомы, например, с мрамором. Мраморы, как и голубоватые на изображении выше, имеют очень четко очерченную границу материала, которую можно увидеть благодаря их блестящей поверхности. Напротив, граница атомов диффузная, хотя отдаленно их можно считать сферическими.

Таким образом, то, что определяет точку за границей атома, - это нулевая вероятность нахождения электрона, и эта точка может быть дальше или ближе к ядру в зависимости от того, сколько соседних атомов взаимодействуют вокруг рассматриваемого атома.

Атомный объем и радиус

А две атомы взаимодействуют молекулы H H в _два , положении их центров определяются как расстояния между этим (межъядерными расстояниями). Если оба атома сферические, радиус - это расстояние между ядром и нечеткой границей:

На изображении выше вы можете увидеть, как уменьшается вероятность обнаружения электрона по мере его удаления от ядра. Затем, разделив межъядерное расстояние на два, получаем атомный радиус. Далее, предполагая сферическую геометрию атомов, формула используется для вычисления объема сферы:

V = (4/3) (Пи) г ³

В этом выражении r - атомный радиус, определенный для молекулы H ₂ . Значение V, вычисленное этим неточным методом, может измениться, если, например, H ₂ рассматривается в жидком или металлическом состоянии. Однако этот метод очень неточен, поскольку формы атомов очень далеки от идеальной сферы в их взаимодействиях.

Чтобы определить атомные объемы в твердых телах, принимается во внимание множество переменных, касающихся их расположения, которые получаются с помощью рентгеновских дифракционных исследований.

Дополнительная формула

Молярная масса выражает количество вещества, которое имеет моль атомов химического элемента.

Его единицы - г / моль. С другой стороны, плотность - это объем, который занимает грамм элемента: г / мл. Поскольку единицы измерения атомного объема - мл / моль, мы должны поиграть с переменными, чтобы получить желаемые единицы:

(г / моль) (мл / г) = мл / моль

Или что то же самое:

(Молярная масса) (1 / D) = V

(Молярная масса / D) = V

Таким образом, легко вычислить объем одного моля атомов элемента; в то время как формула сферического объема вычисляет объем отдельного атома. Чтобы получить это значение с первого раза, необходимо преобразование через число Авогадро (6,02 · 10 ^-23 ).

Как изменяется атомный объем в периодической таблице?

Если считать атомы сферическими, то их изменение будет таким же, как наблюдаемое в атомных радиусах. На изображении выше, где показаны характерные элементы, показано, что атомы становятся меньше справа налево; вместо этого сверху вниз они становятся более объемными.

Это потому, что в тот же период ядро ​​включает протоны, когда оно движется вправо. Эти протоны оказывают притягивающую силу на внешние электроны, которые ощущают эффективный заряд ядра Z _ef , меньший, чем реальный заряд ядра Z.

Электроны внутренних оболочек отталкиваются от электронов внешней оболочки, уменьшая влияние ядра на них; это известно как экранный эффект. В тот же период эффект экрана не может противодействовать увеличению числа протонов, поэтому электроны во внутренней оболочке не мешают атомам сжиматься.

Однако спуск в группу открывает новые уровни энергии, которые позволяют электронам двигаться по орбите дальше от ядра. Точно так же количество электронов во внутренней оболочке увеличивается, экранирующие эффекты которых начинают уменьшаться, если ядро ​​снова добавляет протоны.

По этим причинам понятно, что группа 1A имеет наиболее объемные атомы, в отличие от небольших атомов группы 8A (или 18), у благородных газов.

Атомные объемы переходных металлов

Атомы переходного металла включают электроны во внутренние d-орбитали. Это усиление эффекта экрана и, как и реального заряда ядра Z, компенсируются почти одинаково, так что их атомы сохраняют одинаковый размер в тот же период.

Другими словами: в один период переходные металлы демонстрируют одинаковые атомные объемы. Однако эти небольшие различия чрезвычайно важны при определении металлических кристаллов (как если бы они были металлическими шариками).

Примеры

Для расчета атомного объема элемента доступны две математические формулы, каждая с соответствующими примерами.

Пример 1

Учитывая атомный радиус водорода -37 пм (1 пикометр = 10 ^-12 м) и цезия -265 пм-, рассчитайте их атомные объемы.

Используя формулу сферического объема, мы получаем:

V _H = (4/3) (3,14) (37 пм) ³ = 212,07 пм ³

V _Cs = (4/3) (3,14) (265 пм) ³ = 77912297,67 пм ³

Однако эти объемы, выраженные в пикометрах, являются непомерными, поэтому их переводят в единицы ангстрем, умножая их на коэффициент преобразования (1Å / 100pm) ³ :

(212,07 пм ³ ) (1Å / 100 пм) ³ = 2,1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297,67 пм ³ ) (1Å / 100 пм) ³ = 77,912 Å ³

Таким образом, численно подтверждены различия в размерах малого атома H и массивного атома Cs. Следует отметить, что эти расчеты являются лишь приближением к утверждению, что атом является полностью сферическим, который отклоняется от реальности.

Пример 2

Плотность чистого золота 19,32 г / мл, молярная масса 196,97 г / моль. Применяя формулу M / D для вычисления объема одного моля атомов золота, получаем следующее:

V _Au = (196,97 г / моль) / (19,32 г / мл) = 10,19 мл / моль

То есть 1 моль атомов золота занимает 10,19 мл, но какой конкретно объем занимает атом золота? А как это выразить в единицах pm ³ ? Для этого просто примените следующие коэффициенты пересчета:

(10,19 мл / моль) · (моль / 6,02 · 10 ^-23 атома) · (1 м / 100 см) ³ · (1 пм / 10 ^-12 м) ³ = 16,92 · 10 ⁶ пм ³

С другой стороны, атомный радиус золота составляет 166 пм. Если сравнить оба объема - полученный предыдущим методом и рассчитанный по формуле сферического объема - будет обнаружено, что они имеют разные значения:

V _Au = (4/3) (3,14) (166 пм) ³ = 19,15 · 10 ⁶ пм ³

Какое из двух значений ближе всего к принятому значению? Тот, который наиболее близок к экспериментальным результатам, полученным методом рентгеновской дифракции кристаллической структуры золота.

Ссылки

1. Хельменстин, Энн Мари, доктор философии. (9 декабря 2017 г.). Определение атомного объема. Получено 6 июня 2018 г. с сайта: thinkco.com
2. Мэйфэр, Эндрю. (13 марта 2018 г.). Как рассчитать объем атома. Наука. Получено 6 июня 2018 г. с: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Кривые атомного объема Лотара Мейера. Получено 6 июня 2018 г. с сайта wonderwhizkids.com.
4. Люмен. Периодические тенденции: атомный радиус. Получено 6 июня 2018 г. с: course.lumenlearning.com
5. Камило Дж. Дерпич. Атомный объем и плотность. Получено 6 июня 2018 г. с сайта es-puraquimica.weebly.com.
6. Уиттен, Дэвис, Пек и Стэнли. Химия. (8-е изд.). CENGAGE Learning, стр. 222-224.
7. Фундамент СК-12. (22 февраля 2010 г.). Сравнительные размеры атомов. . Получено 6 июня 2018 г. с: commons.wikimedia.org.
8. Фундамент СК-12. (22 февраля 2010 г.). Атомный радиус H ₂ . . Получено 6 июня 2018 г. с: commons.wikimedia.org.