- Атомний об'єм і радіус
- Додаткова формула
- Як змінюється обсяг атома в періодичній таблиці?
- Атомні обсяги перехідних металів
- Приклади
- Приклад 1
- Приклад 2
- Список літератури
Об'єм атома - відносне значення, що вказує на співвідношення між молярною масою елемента та його щільністю. Отже, цей об'єм залежить від щільності елемента, а щільність залежить від фази та того, як розташовані атоми всередині неї.
Таким чином, об'єм атома для елемента Z не є однаковим у фазі, відмінній від тієї, яку він проявляє при кімнатній температурі (рідкій, твердій або газоподібній), або коли він входить до складу певних сполук. Таким чином, об'єм атома Z у сполуці ZA відрізняється від об'єму Z у сполуці ZB.
Чому? Щоб зрозуміти це, необхідно порівняти атоми з, наприклад, мармуром. Мармур, як і синюватий на зображенні вище, має дуже чітко окреслену межу матеріалу, яку видно завдяки їх блискучій поверхні. Навпаки, межа атомів дифузна, хоча їх можна вважати віддаленими сферичними.
Таким чином, те, що визначає точку за межами атомної межі, - це нульова ймовірність пошуку електрона, і ця точка може бути далі чи ближче до ядра залежно від того, скільки сусідніх атомів взаємодіють навколо розглянутого атома.
Атомний об'єм і радіус
A два атоми взаємодіють з молекулою Н H у двох , положення їх центрів визначаються як відстані між ними (міжядерні відстані). Якщо обидва атоми сферичні, радіус - це відстань між ядром та нечіткою межею:
На зображенні вище ви бачите, як зменшується ймовірність знаходження електрона, коли він віддаляється від ядра. Потім розділивши міжядерну відстань на два, виходить атомний радіус. Далі, припускаючи сферичну геометрію для атомів, формула використовується для обчислення об’єму сфери:
V = (4/3) (Pi) r 3
У цьому виразі r - атомний радіус, визначений для молекули H 2 . Значення V, обчислене цим неточним методом, може змінюватися, якщо, наприклад, Н 2 розглядається в рідкому або металевому стані. Однак цей метод є дуже неточним, оскільки форми атомів у своїх взаємодіях дуже далекі від ідеальної сфери.
Для визначення обсягів атомів у твердих тілах враховується багато змінних щодо розташування, які отримують за допомогою рентгенографічних досліджень.
Додаткова формула
Молярна маса виражає кількість речовини, яка має моль атомів хімічного елемента.
Його одиницями є г / моль. З іншого боку, щільність - це об'єм, який займає грам елемента: г / мл. Оскільки одиницями об'єму атома є мл / моль, нам доведеться грати зі змінними, щоб дійти до бажаних одиниць:
(г / моль) (мл / г) = мл / моль
Або що таке саме:
(Молярна маса) (1 / D) = V
(Молярна маса / D) = V
Таким чином, об'єм одного моля атомів елемента легко обчислити; тоді як формула сферичної гучності обчислює обсяг окремого атома. Щоб досягти цього значення з першого, необхідне перетворення через число Авогадро (6,02 · 10 -23 ).
Як змінюється обсяг атома в періодичній таблиці?
Якщо атоми вважати сферичними, то їх зміна буде такою ж, як і в атомних радіусах. На зображенні вище, на якому показані репрезентативні елементи, проілюстровано, що справа наліво атоми стають меншими; натомість зверху вниз вони стають більш об'ємними.
Це тому, що в той же період ядро включає в себе протони, коли воно рухається праворуч. Ці протони чинять привабливу силу на зовнішні електрони, які відчувають ефективний ядерний заряд Z ef , менший, ніж реальний ядерний заряд Z.
Електрони внутрішніх оболонок відштовхують енергію зовнішньої оболонки, зменшуючи дію ядра на них; це відомо як ефект екрану. У той самий період екранний ефект не може протидіяти збільшенню кількості протонів, тому електрони у внутрішній оболонці не заважають атомам скорочуватися.
Однак спуск у групу дає можливість досягти нових енергетичних рівнів, які дозволяють електронам орбіти далі від ядра. Так само збільшується кількість електронів у внутрішній оболонці, захисні ефекти яких починають зменшуватися, якщо ядро знову додає протони.
З цих причин слід враховувати, що група 1A має найбільш об'ємні атоми, на відміну від малих атомів групи 8А (або 18), аристократичних газів.
Атомні обсяги перехідних металів
Атоми перехідного металу включають електрони у внутрішні d орбіталі. Це збільшення екранного ефекту і, як і реального ядерного заряду Z, скасовуються майже однаково, так що їхні атоми зберігають однаковий розмір у той же період.
Іншими словами: за один період перехідні метали демонструють подібні атомні об'єми. Однак ці невеликі відмінності надзвичайно вагомі при визначенні металевих кристалів (ніби це металевий мармур).
Приклади
Для обчислення атомного об’єму елемента доступні дві математичні формули, кожна з яких має відповідні приклади.
Приклад 1
Враховуючи атомний радіус водню -37 вечора (1 пікометр = 10 -12 м) - і цезію -265 мкм-, обчисліть їхні атомні обсяги.
Використовуючи формулу сферичного обсягу, ми маємо:
V H = (4/3) (3.14) (37 вечора) 3 = 212.07 вечора 3
V Cs = (4/3) (3.14) (265 вечора) 3 = 77912297.67 вечора 3
Однак ці обсяги, виражені піктометрами, надмірно великі, тому вони перетворюються на одиниці ангстрем, помножуючи їх на коефіцієнт перетворення (1Å / 100pm) 3 :
(212.07 вечора 3 ) (1Å / 100 вечора) 3 = 2.1207 × 10 -4 Å 3
(77912297.67 вечора 3 ) (1Å / 100pm) 3 = 77.912 Å 3
Таким чином, різницю розмірів між малим атомом Н та об'ємним атомом Cs чисельно підтверджується. Слід зазначити, що ці розрахунки є лише наближеннями під твердженням, що атом є абсолютно сферичним, який бродить перед реальністю.
Приклад 2
Щільність чистого золота - 19,32 г / мл, а його молярна маса - 196,97 г / моль. Застосувавши формулу M / D для обчислення обсягу одного моля атомів золота, виходить наступне:
V Au = (196,97 г / моль) / (19,32 г / мл) = 10,19 мл / моль
Тобто 1 моль атомів золота займає 10,19 мл, але який об’єм займає атом золота конкретно? І як це виразити в одиницях pm 3 ? Для цього просто застосуйте такі коефіцієнти перетворення:
(10,19 мл / моль) · (моль / 6,02 · 10 -23 атоми) · (1 м / 100 см) 3 · (13:00 / 10 -12 м) 3 = 16,92 · 10 6 вечора 3
З іншого боку, атомний радіус золота - 166 вечора. Якщо порівнювати обидва обсяги - той, що отриманий попереднім методом, і той, що обчислюється за формулою сферичного об'єму, - буде встановлено, що вони не мають однакового значення:
V Au = (4/3) (3.14) (166 вечора) 3 = 19.15 · 10 6 вечора 3
Яке з двох найбільш близьке до прийнятого значення? Той, який найближчий до експериментальних результатів, отриманих методом рентгенівської дифракції кристалічної структури золота.
Список літератури
- Гельменстін, Анна Марі, к.т.н. (9 грудня 2017 р.). Визначення атомного обсягу. Отримано 6 червня 2018 року з: thinkco.com
- Мейфер, Ендрю. (13 березня 2018 р.). Як розрахувати об'єм атома. Наукові роботи. Отримано 6 червня 2018 року з: sciaching.com
- ТОВ «Wiki Kids Ltd.» (2018). Атомні криві гучності Лотара Мейєра. Отримано 6 червня 2018 року з: wonderwhizkids.com
- Просвіт. Періодичні тренди: атомний радіус. Отримано 6 червня 2018 року з :urs.lumenlearning.com
- Каміло Ж. Дерпіч. Атомний об'єм і щільність. Отримано 6 червня 2018 року з: es-puraquimica.weebly.com
- Віттен, Девіс, Пек і Стенлі. Хімія. (8-е видання). CENGAGE Навчання, стор 222-224.
- Фонд CK-12. (22 лютого 2010 р.). Порівняльні розміри атомів . Отримано 06 червня 2018 року з: commons.wikimedia.org
- Фонд CK-12. (22 лютого 2010 р.). Атомний радіус Н 2 . . Отримано 06 червня 2018 року з: commons.wikimedia.org