АТОМНИЙ РАДІУС: ЯК ВИМІРЮЄТЬСЯ, ЯК ЗМІНЮЄТЬСЯ ТА ПРИКЛАДИ - ХІМІЯ - 2025

Атомний радіус є важливим параметром для періодичних властивостей елементів періодичної таблиці. Це безпосередньо пов'язане з розміром атомів, оскільки чим більший радіус, тим більшими або об’ємнішими вони є. Так само це пов'язано з їх електронними характеристиками.

Чим більше електронів має атом, тим більший його розмір і радіус атома. Обидва визначаються електронами валентної оболонки, оскільки на відстанях, що виходять за межі їх орбіт, ймовірність знайти електрон наближається до нуля. В околицях ядра відбувається протилежне: зростає ймовірність знайти електрон.

Джерело: Пікселі

Верхнє зображення являє собою упаковку бавовняних куль. Зауважте, що кожного оточують шість сусідів, не рахуючи іншого можливого верхнього або нижнього ряду. Спосіб ущільнення бавовняних куль визначає їх розміри, а отже, і їх радіуси; так само, як і з атомами.

Елементи відповідно до своєї хімічної природи так чи інакше взаємодіють із власними атомами. Отже, величина атомного радіуса змінюється залежно від типу присутнього зв’язку та твердого упаковки його атомів.

Як вимірюється атомний радіус?

Джерело: Габріель Болівар

У головному зображенні можна легко виміряти діаметр бавовняних куль, а потім розділити їх на два. Однак сфера атома не визначена повністю. Чому? Тому що електрони циркулюють і дифундують у конкретних областях простору: орбіталях.

Тому атом можна розглядати як сферу з непроникними краями, про яку неможливо точно сказати, наскільки вони закінчуються. Наприклад, на зображенні вгорі область в центрі, близька до серцевини, демонструє більш інтенсивний колір, а його краї розмиті.

Зображення являє собою діатомову молекулу E ₂ (наприклад, Cl ₂ , H ₂ , O ₂ тощо). Якщо припустити, що атоми є сферичними тілами, якщо б було визначено відстань d, що розділяє обидва ядра в ковалентному зв’язку, то досить було б розділити його на дві половини (d / 2), щоб отримати атомний радіус; точніше, ковалентний радіус E для E ₂ .

Що робити, якщо Е не утворює з собою ковалентних зв’язків, а натомість є металевим елементом? Тоді d позначатиметься кількістю сусідів, які оточують Е в його металевій структурі; тобто за координаційним номером (NC) атома в упаковці (пам’ятайте ватні кульки на головному зображенні).

Визначення міжядерної відстані

Для визначення d, що є міжядерною відстані двох атомів у молекулі чи упаковці, потрібні методи фізичного аналізу.

Однією з найпоширеніших є дифракція рентгенівських променів, в якій промінь світла випромінюється через кристал, і вивчається дифракційна картина, що виникає в результаті взаємодій між електронами та електромагнітним випромінюванням. Залежно від упаковки можна отримати різні дифрактограми, а отже, й інші значення d.

Якщо атоми будуть «щільними» в кристалічній решітці, вони представлятимуть різні значення d порівняно з тим, що мали б, якби їм було «комфортно». Крім того, ці міжядерні відстані можуть коливатися у значеннях, так що радіус атома насправді є середнім значенням таких вимірювань.

Як пов’язані атомний радіус та координаційне число? В. Гольдшмідт встановив взаємозв'язок між ними, у яких для НК 12 відносне значення дорівнює 1; 0,97 для упаковки, де атом має NC, рівний 8; 0,96, для NC, рівного 6; і 0,88 для NC 4.

Одиниці

Зі значень для NC, рівних 12, побудовано багато таблиць, де порівнюються атомні радіуси всіх елементів періодичної таблиці.

Оскільки не всі елементи утворюють такі компактні структури (NC менше 12), відношення В. Гольдшмідта використовується для обчислення їх атомних радіусів і вираження їх для однієї і тієї ж упаковки. Таким чином стандартизуються атомні вимірювання радіусу.

Але в яких одиницях вони виражаються? Оскільки d має дуже малу величину, треба вдаватися до одиниць ангстрему Å (10 ∙ 10 ^-10 м) або також широко застосовується, пікометра (10 ∙ 10 ^-12 м).

Як це змінюється в періодичній таблиці?

За певний період

Атомні радіуси, визначені для металевих елементів, називаються металевими радіусами, тоді як для неметалічних елементів - ковалентними радіусами (такими як фосфор, P ₄ або сірка, S ₈ ). Однак між двома типами спиць є більш чітке розмежування, ніж назва.

Зліва направо в той же період ядро ​​додає протони та електрони, але останні приурочені до одного енергетичного рівня (головне квантове число). Як наслідок, ядро ​​справляє зростаючий ефективний ядерний заряд на валентні електрони, які стискають атомний радіус.

Таким чином, неметалічні елементи в той же період мають тенденцію мати менші атомні (ковалентні) радіуси, ніж метали (металеві радіуси).

Спуск через групу

Коли ви спускаєтесь через групу, вмикаються нові енергетичні рівні, які дозволяють електронам мати більше місця. Таким чином, електронна хмара долає великі відстані, її розмита периферія закінчується, віддаляючись далі від ядра, а отже, атомний радіус розширюється.

Скорочення лантанідів

Електрони у внутрішній оболонці допомагають екранувати ефективний ядерний заряд на валентних електронах. Коли орбіталі, що складають внутрішні оболонки, мають багато "дірок" (вузлів), як це відбувається з f орбіталей, ядро ​​сильно стискає атомний радіус через поганий ефект екранування.

Цей факт свідчить про скорочення лантанідів у періоді 6 періодичної таблиці. Від La до Hf спостерігається значне скорочення атомного радіуса внаслідок f орбіталей, які «заповнюються» в міру проходження блоку f: лантаноїдів і актиноїдів.

Аналогічний ефект може спостерігатися і з елементами блоку pa з періоду 4. Цього разу внаслідок слабкого екрануючого ефекту d орбіталей, які заповнюються при проходженні через періоди перехідного металу.

Приклади

Для періоду 2 періодичної таблиці атомними радіусами її елементів є:

-Лі: 257 вечора

-Бе: 112 вечора

-Б: 88 вечора

-С: 77 вечора

-Н: 74 вечора

-О: 66 вечора

-F: 64 вечора

Зауважимо, що літієвий метал має найбільший атомний радіус (257 вечорів), а фтор, розташований в крайньому правому куті періоду, є найменшим з них (64 вечора). Атомний радіус спускається зліва направо в той же період, і перераховані значення це підтверджують.

Літій при формуванні металевих зв’язків радіус його металевий; а фтор, оскільки утворює ковалентні зв’язки (FF), його радіус є ковалентним.

Що робити, якщо ви хочете виразити атомні радіуси в одиницях ангстрему? Просто розділіть їх на 100: (257/100) = 2,57Å. І так далі з рештою цінностей.

Список літератури

1. Хімія 301. Атомні радіуси. Відновлено з: ch301.cm.utexas.edu
2. Фонд CK-12. (2016 р., 28 червня). Атомний радіус. Відновлено з: chem.libretexts.org
3. Тенденції атомних радіусів. Взято з: intro.chem.okstate.edu
4. Клакамаський коледж громади. (2002). Атомний розмір Відновлено з: dl.clackamas.edu
5. Кларк Дж. (Серпень 2012 р.). Атомний та іонний радіус. Відновлено з: chemguide.co.uk
6. Шивер і Аткінс. (2008). Неорганічна хімія. (Четверте видання., С. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.