OBJĘTOŚĆ ATOMOWA: JAK ZMIENIA SIĘ W UKŁADZIE OKRESOWYM I PRZYKŁADY - CHEMIA - 2025

Objętość atomowa jest względną wartość wskazująca zależność pomiędzy masy molowej elementu i jej gęstości. Więc ta objętość zależy od gęstości pierwiastka, a gęstość zależy z kolei od fazy i tego, jak są w niej ułożone atomy.

Zatem objętość atomowa pierwiastka Z nie jest taka sama w fazie innej niż ta, którą wykazuje w temperaturze pokojowej (ciekłej, stałej lub gazowej) lub gdy jest częścią pewnych związków. Zatem objętość atomowa Z w związku ZA różni się od objętości Z w związku ZB.

Czemu? Aby to zrozumieć, trzeba porównać atomy np. Z kulkami. Kulki, podobnie jak te niebieskawe na powyższym obrazku, mają bardzo dobrze zdefiniowaną granicę materiału, co widać dzięki ich błyszczącej powierzchni. W przeciwieństwie do tego granica atomów jest rozproszona, chociaż można je uznać za zdalnie kuliste.

Zatem tym, co determinuje punkt poza granicą atomu, jest zerowe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu, a ten punkt może znajdować się dalej lub bliżej jądra, w zależności od tego, ile sąsiednich atomów oddziałuje wokół rozważanego atomu.

Objętość i promień atomowy

Gdy dwa atomy oddziałują na cząsteczkę HH na _{dwie części} , pozycje ich centrów definiuje się jako odległości między nimi (odległości międzyjądrowe). Jeśli oba atomy są kuliste, promień jest odległością między jądrem a rozmytą granicą:

Na powyższym obrazku możesz zobaczyć, jak prawdopodobieństwo znalezienia elektronu spada, gdy oddala się od jądra. Następnie dzieląc odległość międzyjądrową przez dwa, otrzymujemy promień atomowy. Następnie, przy założeniu sferycznej geometrii atomów, do obliczenia objętości kuli wykorzystuje się wzór:

V = (4/3) (Pi) r ³

W wyrażeniu R jest promieniem atomowych określony dla H ₂ cząsteczki . Wartość V obliczona tą nieprecyzyjną metodą może ulec zmianie, jeśli na przykład rozpatruje się H ₂ w stanie ciekłym lub metalicznym. Jednak ta metoda jest bardzo niedokładna, ponieważ kształty atomów są bardzo dalekie od idealnej kuli w ich oddziaływaniach.

Aby określić objętości atomów w ciałach stałych, bierze się pod uwagę wiele zmiennych dotyczących ułożenia, które uzyskuje się w badaniach dyfrakcji rentgenowskiej.

Dodatkowa formuła

Masa molowa wyraża ilość materii, która ma mol atomów pierwiastka chemicznego.

Jego jednostki to g / mol. Z drugiej strony gęstość to objętość, jaką zajmuje gram pierwiastka: g / ml. Ponieważ jednostkami objętości atomowej są ml / mol, musimy bawić się zmiennymi, aby uzyskać pożądane jednostki:

(g / mol) (ml / g) = ml / mol

Albo co jest tym samym:

(Masa cząsteczkowa) (1 / D) = V

(Masa cząsteczkowa / D) = V

W ten sposób można łatwo obliczyć objętość jednego mola atomów pierwiastka; podczas gdy wzór na objętość kulistą oblicza objętość pojedynczego atomu. Aby uzyskać tę wartość od pierwszej, konieczna jest konwersja przez liczbę Avogadro (6,02 · 10 ^-23 ).

Jak zmienia się objętość atomowa w układzie okresowym?

Jeśli atomy zostaną uznane za kuliste, wówczas ich zmienność będzie taka sama, jak obserwowana w promieniach atomowych. Na powyższym obrazku, który przedstawia reprezentatywne pierwiastki, pokazano, że od prawej do lewej atomy stają się mniejsze; zamiast tego od góry do dołu stają się bardziej obszerne.

Dzieje się tak, ponieważ w tym samym okresie jądro obejmuje protony, gdy porusza się w prawo. Te protony wywierają przyciągającą siłę na zewnętrzne elektrony, które odczuwają efektywny ładunek jądrowy Z _ef , mniejszy niż rzeczywisty ładunek jądrowy Z.

Elektrony z wewnętrznych powłok odpychają elektrony z zewnętrznej powłoki, zmniejszając wpływ jądra na nie; jest to znane jako efekt ekranu. W tym samym czasie efekt rastra nie może przeciwdziałać wzrostowi liczby protonów, więc elektrony w powłoce wewnętrznej nie zapobiegają kurczeniu się atomów.

Jednak zejście do grupy umożliwia nowe poziomy energii, które pozwalają elektronom na orbitowanie dalej od jądra. Podobnie zwiększa się liczba elektronów w powłoce wewnętrznej, których działanie ekranujące zaczyna się zmniejszać, gdy jądro ponownie dodaje protony.

Z tych powodów ocenia się, że grupa 1A ma atomy o największej objętości, w przeciwieństwie do małych atomów z grupy 8A (lub 18), w przypadku gazów szlachetnych.

Objętości atomowe metali przejściowych

Atomy metalu przejściowego włączają elektrony do wewnętrznych orbitali d. Ten wzrost efektu ekranu i, podobnie jak rzeczywisty ładunek jądrowy Z, znosi się prawie równo, tak że ich atomy zachowują podobny rozmiar w tym samym okresie.

Innymi słowy: w jednym okresie metale przejściowe wykazują podobne objętości atomowe. Jednak te małe różnice są niezwykle istotne przy definiowaniu kryształów metalicznych (tak jakby były metalowymi marmurami).

Przykłady

Do obliczenia objętości atomowej pierwiastka dostępne są dwa wzory matematyczne, każdy z odpowiednimi przykładami.

Przykład 1

Biorąc pod uwagę promień atomowy wodoru -37 pm (1 pikometr = ^10-12 m) - i cezu -265 pm -, oblicz ich objętości atomowe.

Korzystając ze wzoru na objętość sferyczną, otrzymujemy:

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

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

Jednak te objętości wyrażone w pikometrach są wygórowane, więc są przekształcane w jednostki angstremów, mnożąc je przez współczynnik konwersji (1Å / 100pm) ³ :

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

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

Zatem różnice w wielkości między małym atomem H a masywnym atomem Cs są potwierdzone numerycznie. Należy zauważyć, że obliczenia te są jedynie przybliżeniami przy stwierdzeniu, że atom jest całkowicie kulisty, co błądzi przed rzeczywistością.

Przykład 2

Gęstość czystego złota wynosi 19,32 g / ml, a jego masa molowa 196,97 g / mol. Stosując wzór M / D do obliczenia objętości jednego mola atomów złota, otrzymujemy:

V _Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / ml) = 10,19 ml / mol

Oznacza to, że 1 mol atomów złota zajmuje 10,19 ml, ale jaką objętość konkretnie zajmuje atom złota? A jak to wyrazić w jednostkach pm ³ ? W tym celu wystarczy zastosować następujące współczynniki konwersji:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · ^10-23 atomów) · (1 m / 100 cm) ³ · (1 pm / ^10-12 m) ³ = 16,92 · 10 ⁶ pm ³

Z drugiej strony promień atomowy złota wynosi 166 µm. Porównując obie objętości - tę otrzymaną poprzednią metodą i obliczoną za pomocą wzoru na objętość kulistą - okaże się, że nie mają one tej samej wartości:

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

Która z tych dwóch jest najbliższa akceptowanej wartości? Ten, który jest najbliższy wynikom eksperymentalnym uzyskanym przez dyfrakcję rentgenowską struktury krystalicznej złota.

Bibliografia

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 grudnia 2017). Definicja objętości atomowej. Pobrane 6 czerwca 2018 r.Z: thinkco.com
2. Mayfair, Andrew. (13 marca 2018). Jak obliczyć objętość atomu. Nauka. Pobrane 6 czerwca 2018 r.Z: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Krzywe objętości atomowej Lothara Meyera. Pobrane 6 czerwca 2018 r.Z: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Okresowe trendy: promień atomowy. Pobrane 6 czerwca 2018 r. Z: course.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Objętość i gęstość atomów. Pobrane 6 czerwca 2018 z: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia. (8th ed.). CENGAGE Learning, s. 222–224.
7. Fundacja CK-12. (22 lutego 2010). Porównawcze rozmiary atomów. . Pobrane 6 czerwca 2018 z: commons.wikimedia.org
8. Fundacja CK-12. (22 lutego 2010). Promień atomowy H ₂ . . Pobrane 6 czerwca 2018 z: commons.wikimedia.org