PROMIEŃ ATOMOWY: JAK JEST MIERZONY, JAK SIĘ ZMIENIA I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2026

Promienia atomowego jest ważnym parametrem okresowych właściwości pierwiastków układu okresowego. Jest to bezpośrednio związane z rozmiarem atomów, ponieważ im większy promień, tym są większe lub bardziej obszerne. Podobnie jest z ich właściwościami elektronicznymi.

Im więcej elektronów ma atom, tym większy jest jego rozmiar i promień atomu. Obie są definiowane przez elektrony powłoki walencyjnej, ponieważ w odległościach poza ich orbitami prawdopodobieństwo znalezienia elektronu zbliża się do zera. W pobliżu jądra występuje odwrotność: zwiększa się prawdopodobieństwo znalezienia elektronu.

Źródło: Pexels

Górny obraz przedstawia pakowanie wacików. Zwróć uwagę, że każdy z nich jest otoczony sześcioma sąsiadami, nie licząc kolejnego możliwego górnego lub dolnego rzędu. Sposób zagęszczania wacików określa ich rozmiary, a tym samym promienie; tak jak z atomami.

Pierwiastki, zgodnie z ich naturą chemiczną, oddziałują w taki czy inny sposób z własnymi atomami. W konsekwencji wielkość promienia atomowego zmienia się w zależności od typu obecnego wiązania i stałego upakowania jego atomów.

Jak mierzy się promień atomowy?

Źródło: Gabriel Bolívar

Na głównym zdjęciu można łatwo zmierzyć średnicę wacików, a następnie podzielić ją przez dwa. Jednak sfera atomu nie jest w pełni zdefiniowana. Czemu? Ponieważ elektrony krążą i dyfundują w określonych obszarach przestrzeni: orbitale.

Dlatego atom można uznać za kulę o niewyczuwalnych krawędziach, których nie można z całą pewnością powiedzieć, jak daleko się kończą. Na przykład na powyższym obrazku obszar w środku, blisko jądra, ma bardziej intensywny kolor, a jego krawędzie są rozmyte.

Obraz przedstawia dwuatomową cząsteczkę E ₂ (taką jak Cl ₂ , H ₂ , O ₂ , itd.). Zakładając, że atomy są ciałami kulistymi, gdyby wyznaczono odległość d dzielącą oba jądra w wiązaniu kowalencyjnym, to wystarczyłoby podzielić ją na dwie połowy (d / 2), aby otrzymać promień atomowy; dokładniej, promień kowalencyjny E dla E ₂ .

A co by było, gdyby E nie utworzył ze sobą wiązań kowalencyjnych, a zamiast tego był elementem metalicznym? Wtedy d byłoby wskazywane przez liczbę sąsiadów otaczających E w jego metalicznej strukturze; to znaczy przez numer koordynacyjny (NC) atomu w opakowaniu (pamiętaj o bawełnianych kulkach na głównym zdjęciu).

Wyznaczanie odległości międzyjądrowej

Określenie d, czyli odległości międzyjądrowej dla dwóch atomów w cząsteczce lub opakowaniu, wymaga technik analizy fizycznej.

Jedną z najpowszechniej stosowanych jest dyfrakcja rentgenowska, w której wiązka światła jest naświetlana przez kryształ i badany jest wzór dyfrakcyjny wynikający z interakcji elektronów z promieniowaniem elektromagnetycznym. W zależności od upakowania można uzyskać różne wzory dyfrakcji, a tym samym inne wartości d.

Jeśli atomy są „ciasne” w sieci krystalicznej, będą prezentować inne wartości d w porównaniu z tymi, które miałyby, gdyby były „wygodne”. Ponadto te odległości międzyjądrowe mogą zmieniać wartości, tak że promień atomowy jest w rzeczywistości średnią wartością takich pomiarów.

Jaki jest związek między promieniem atomowym a liczbą koordynacyjną? V. Goldschmidt ustalił związek między nimi, w którym dla NC równego 12 wartość względna wynosi 1; 0,97 dla upakowania, w którym atom ma wartość NC równą 8; 0,96 dla NC równego 6; i 0,88 dla NC 4.

Jednostki

Z wartości NC równych 12 skonstruowano wiele tablic, w których porównuje się promienie atomowe wszystkich elementów układu okresowego.

Ponieważ nie wszystkie pierwiastki tworzą tak zwarte struktury (NC mniejsze niż 12), do obliczenia ich promieni atomowych i wyrażenia ich dla tego samego upakowania wykorzystuje się relację V. Goldschmidta. W ten sposób pomiary promienia atomowego są znormalizowane.

Ale w jakich jednostkach są one wyrażane? Ponieważ d ma bardzo małą wielkość, należy odwołać się do jednostek angstremów A (10 10 ^-10 m) lub również szeroko stosowanego pikometru (10 ^10-12 m).

Jak to się zmienia w układzie okresowym?

Przez pewien okres

Promienie atomowe wyznaczone dla pierwiastków metalicznych nazywamy promieniami metalicznymi, natomiast dla pierwiastków niemetalicznych promieniami kowalencyjnymi (takimi jak fosfor, P ₄ lub siarka, S ₈ ). Jednak między tymi dwoma typami szprych istnieje bardziej widoczne rozróżnienie niż nazwa.

Od lewej do prawej w tym samym okresie jądro dodaje protony i elektrony, ale te ostatnie są ograniczone do tego samego poziomu energii (główna liczba kwantowa). W konsekwencji jądro wywiera coraz większy efektywny ładunek jądrowy na elektrony walencyjne, które zmniejszają promień atomowy.

W ten sposób pierwiastki niemetaliczne w tym samym okresie mają zwykle mniejsze promienie atomowe (kowalencyjne) niż metale (promienie metaliczne).

Zejście przez grupę

Kiedy schodzisz przez grupę, włączane są nowe poziomy energii, które pozwalają elektronom mieć więcej miejsca. W ten sposób chmura elektronów pokonuje większe odległości, jej rozmyty obwód w końcu oddala się od jądra, a zatem promień atomu rozszerza się.

Skurcz lantanowców

Elektrony w powłoce wewnętrznej pomagają chronić efektywny ładunek jądrowy na elektronach walencyjnych. Kiedy orbitale tworzące wewnętrzne powłoki mają wiele „dziur” (węzłów), jak ma to miejsce w przypadku orbitali f, jądro silnie kurczy promień atomowy z powodu ich słabego efektu ekranowania.

Świadczy o tym skurcz lantanowców w 6. okresie układu okresowego. Od La do Hf następuje znaczny skurcz promienia atomowego w wyniku orbitali f, które „zapełniają się” w miarę przechodzenia bloku f: lantanoidów i aktynoidów.

Podobny efekt można zaobserwować również w przypadku elementów bloku pa z okresu 4. Tym razem w wyniku słabego efektu ekranowania orbitali d, które wypełniają się podczas przechodzenia przez okresy metali przejściowych.

Przykłady

Dla okresu 2 układu okresowego promienie atomowe jego pierwiastków wynoszą:

-Li: 257 wieczorem

-Bo: 112 po południu

-B: 88 wieczorem

-C: 77 wieczorem

-N: 74

-O: 66 wieczorem

-F: 64 wieczorem

Zwróć uwagę, że lit metaliczny ma największy promień atomowy (257 pm), podczas gdy fluor, znajdujący się po prawej stronie okresu, jest najmniejszy z nich wszystkich (64 pm). Promień atomowy opada od lewej do prawej w tym samym okresie, a podane wartości to potwierdzają.

Lit podczas tworzenia wiązań metalicznych ma promień metaliczny; i fluoru, ponieważ tworzy wiązania kowalencyjne (FF), jego promień jest kowalencyjny.

A co jeśli chcesz wyrazić promienie atomowe w jednostkach angstremów? Po prostu podziel je przez 100: (257/100) = 2,57Å. I tak dalej z resztą wartości.

Bibliografia

1. Chemistry 301. Atomic Radii. Odzyskany z: ch301.cm.utexas.edu
2. Fundacja CK-12. (2016, 28 czerwca). Promień atomowy. Odzyskane z: chem.libretexts.org
3. Trendy w Atomic Radii. Zaczerpnięte z: intro.chem.okstate.edu
4. Clackamas Community College. (2002). Rozmiar atomowy. Odzyskany z: dl.clackamas.edu
5. Clark J. (sierpień 2012). Promień atomowy i jonowy. Źródło: chemguide.co.uk
6. Shiver & Atkins. (2008). Chemia nieorganiczna. (Wydanie czwarte, str. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.