Сезонні роботи

Що розуміють під атомним радіусом? Довжина зв'язку та ефективні радіуси атомів та іонів. Б. Іонні радіуси. Виведення основних систематик іонних радіусів

Періодичні властивості елементів

Періодичність виражена в структурі електронної оболонки атомів, тому з періодичним законом добре узгоджуються властивості, що залежать від стану електронів: атомні та іонні радіуси, енергія іонізації, спорідненість до електрона, електронегативність та валентність елементів. Але від електронної структури атомів залежать склад і властивості простих речовин і сполук, тому періодичність спостерігається в багатьох властивостях простих речовин і сполук: температура та теплота плавлення та кипіння, довжина та енергія хімічного зв'язку, електродні потенціали, стандартні ентальпії освіти та ентропії речовин тощо. д. Періодичний закон охоплює понад 20 властивостей атомів, елементів, простих речовин та сполук.

Згідно з квантовою механікою, електрон може знаходитися в будь-якій точці навколо ядра атома як поблизу нього, так і на значній відстані. Тому межі атомів розпливчасті, невизначені. У той самий час у квантової механіці обчислюється ймовірність розподілу електронів навколо ядра і становище максимуму електронної щільності кожної орбіталі.

Орбітальний радіус атома (іона)– це відстань від ядра до максимуму електронної щільності найбільш віддаленої зовнішньої орбіталі цього атома (іона).

Орбітальні радіуси (їх значення наведено у довіднику) у періоди зменшуються, т.к. збільшення кількості електронів у атомах (іонах) не супроводжується появою нових електронних шарів. Електронна оболонка атома або іона кожного наступного елемента в періоді порівняно з попереднім ущільнюється через збільшення заряду ядра та збільшення тяжіння електронів до ядра.

Орбітальні радіуси у групах збільшуються, т.к. атом (іон) кожного елемента відрізняється від вищестоящого появою нового електронного шару.

Зміна орбітальних атомних радіусів на п'ять періодів показано на рис. 13, з якого видно, що залежність має характерний для періодичного закону «пилкоподібний» вид.

Рис. 13. Залежність орбітального радіусу

від атомного номера елементів першого – п'ятого періоду.

Але в періодах зменшення розмірів атомів та іонів відбувається не монотонно: в окремих елементів спостерігаються невеликі «сплески» та «провали». У «провалах» знаходяться, як правило, елементи, у яких електронна конфігурація відповідає стану підвищеної стабільності: наприклад, у третьому періоді це магній (3s 2), у четвертому – марганець (4s 2 3d 5) та цинк (4s 2 3d 10) і т.д.

Примітка.Розрахунки орбітальних радіусів проводяться з середини 70-х років минулого століття завдяки розвитку електронно-обчислювальної техніки. Раніше користувалися ефективнимирадіусами атомів та іонів, що визначаються з експериментальних даних по між'ядерних відстанях у молекулах та кристалах. При цьому передбачається, що атоми є несжимаемыми кулями, які стикаються своїми поверхнями в з'єднаннях. Ефективні радіуси, що визначаються у ковалентних молекулах, називаються ковалентнимирадіусами, у металевих кристалах – металевимирадіусами, у з'єднаннях з іонним зв'язком – іоннимирадіусами. Ефективні радіуси відрізняються від орбітальних, але їх зміна в залежності від атомного номера також є періодичною.

Поділ хімічного зв'язку на види має умовний характер.

Для металевого зв'язку, обумовленого тяжінням електронів та іонів металів, характерні деякі ознаки ковалентної, якщо взяти до уваги перекриття атомних орбіталей атомів. У освіті водневого зв'язку, крім електростатичної взаємодії, не останню роль грає донорно-акцепторний взаємодії.

Різкий кордон між іонним та ковалентним полярним зв'язком також провести неможливо. Віднести будь-який зв'язок метал-неметал до іонного типу не можна. Прийнято вважати іонний зв'язок між атомами, різниця електронегативності яких більша або дорівнює 2 (за шкалою Полінга). Наприклад, в оксиді натрію зв'язок Na 2 O (3,44 – 0,93 = 2,51) іонний зв'язок, а в броміді магнію MgBr ковалентний полярний зв'язок (2,96 – 1,31 = 1,65).

У реальних речовин всі типи хімічного зв'язку в чистому вигляді не зустрічаються. Більшість сполук тип зв'язку носить проміжний характер. Це можливо, тому що природа хімічного зв'язку єдина - це електростатична взаємодія електронів і ядер усередині та між атомами, зближеними на відстань, коли виникає ефективне перекриття електронних оболонок.

Тому можливий безперервний перехід між усіма граничними випадками: іонним, ковалентним, металевим і залишковим зв'язком. Наочно перехід може бути представлений у вигляді тетраедра, у вершинах якого вміщені крайні представники, по ребрах переходи між двома типами, а на гранях і всередині обсягу тетраедра – складні змішані типи зв'язку.

Ефективні радіуси атомів та іонів

Під ефективними радіусами атомів та іонів розуміють радіуси дії сфер атомів чи іонів, тобто мінімальні відстані, у яких центри сфер атомів чи іонів можуть наблизитися до поверхні сусідніх атомів.

Для визначення ефективного радіусу атома або іона структуру кристала представляють у вигляді сполучних куль, відстань між якими дорівнює сумі їх радіусів. Залежно від типу хімічного зв'язку між структурними одиницями кристала розрізняють: металеві радіуси, іонні радіуси, ковалентні радіуси та Ван-дер-ваальсові радіуси.

Металеві радіуси
Визначається як половина відстані між сусідніми атомами, отриманої внаслідок рентгеноструктурного аналізу:

Іонні радіуси
Для обчислення радіусів іонів виходять з припущення, що при досить великій різниці в розмірах катіонів і аніонів великі за розміром аніони будуть стикатися, а менші за розміром катіони будуть розташовуватися в пустотах між аніонами, тоді радіус аніону дорівнюватиме: ,

радіус катіону дорівнює: .

Ковалентні радіуси
Ковалентні радіуси визначаються як половина міжатомної відстані (довжини зв'язку): .

Крім того, при розрахунку ковалентного радіусу враховується здатність деяких елементів утворювати кратні зв'язки, що зменшують відстані між атомами та тип гібридизації центрального атома.

Ван-дер-ваальсові радіуси розраховуються для атомів, які пов'язані один з одним лише силами міжмолекулярної взаємодії. Розраховуються як половина відстані між центрами атомів: .

Оскільки методики розрахунку атомних та іонних радіусів різні, існує велика кількість таблиць радіусів.

Іонні кристали

Об'єднання катіонів та аніонів у кристал здійснюється завдяки кулонівському тяжінню електричних зарядів. У молекулі заряди взаємодіють із силою. Величина R- Відстань між двома іонами. Якщо ця відстань буде нескінченно далекою, то сила дорівнює нулю. На кінцевій відстані сила взаємодії двох протилежно заряджених іонів негативна, що відповідає тяжінню, іони прагнуть зблизитися на мінімально допустиму відстань, що відповідає стійкому пов'язаному стану. Сила взаємодії двох однаково заряджених іонів є позитивною, що відповідає відштовхуванню. Іони прагнуть розлетітися і на будь-якій відстані не утворюють сталого з'єднання. Таким чином, енергія утворення кристала має бути негативною. Така умова реалізується за умови утворення іонного кристала.

В іонних кристалах немає молекул, тому немає меж між структурними одиницями. Іони можна як заряджені кулі, силові поля яких рівномірно розподіляються у всіх напрямах у просторі. Тому кожен іон може притягувати до себе іони протилежного знака у будь-якому напрямку, тому іонний зв'язок не має спрямованості.

Взаємодія двох іонів протилежного знака не може призвести до повної взаємної компенсації їхніх силових полів. Через це вони зберігається здатність притягувати іони протилежного знака й інших напрямах. Отже, іонний зв'язок не є насиченою.

Катіони прагнуть оточити якомога більшим числом аніонів так, що кулонівське відштовхування іонів одного знака один від одного компенсується взаємним кулонівським тяжінням катіонів і аніонів. Тому для структур з іонним типом хімічного зв'язку характерні високі координаційні числа і кульові упаковки. Симетрія іонних кристалів зазвичай висока.

Кристалічні речовини з іонним типом хімічного зв'язку характеризують діелектричні властивості, крихкість, середні значення твердості та щільності, низька тепло- та електропровідність.

ЕФЕКТИВНИЙ АТОМНИЙ РАДІУС - див. Радіус атомний.

Геологічний словник: у 2-х томах. - М: Надра. За редакцією К. Н. Паффенгольця та ін.. 1978 .

Дивитись що таке "ЕФЕКТИВНИЙ АТОМНИЙ РАДІУС" в інших словниках:

Величина Å, що характеризує розмір атомів. Зазвичай під цим поняттям розумілися ефективні Р. а., що розраховуються як половина міжатомної (міжядерної) відстані в гомоатомних з'єднаннях, тобто в металах та неметаллах. Оскільки одні та … Геологічна енциклопедія

Платина- (Platinum) Метал платина, хімічні та фізичні властивості платини Метал платина, хімічні та фізичні властивості платини, виробництво та застосування платини Зміст Зміст Розділ 1. Походження назви платина. Розділ 2. Положення в ... Енциклопедія інвестора

Характеристики, що дозволяють приблизно оцінювати міжатомні (між'ядерні) відстані в молекулах і кристалах. Атомні радіуси мають лад 0,1 нм. Визначаються головним чином даних рентгенівського структурного аналізу. * * * АТОМНІ… … Енциклопедичний словник

Метал- (Metal) Визначення металу, фізичні та хімічні властивості металів Визначення металу, фізичні та хімічні властивості металів, застосування металів Зміст Зміст Визначення Знаходження в природі Властивості Характерні властивості… Енциклопедія інвестора

94 Нептуній ← Плутоній → Амеріцій Sm Pu … Вікіпедія

Запит "Lithium" перенаправляється сюди; див. також інші значення. Ця стаття про хімічний елемент. Про застосування в медицині див. Препарати літію. 3 Гелій ← Літій … Вікіпедія

55 Ксенон ← Цезій → Барій … Вікіпедія

Дослідження структури ва, засновані на вивченні кутового розподілу інтенсивності розсіювання досліджуваним у вом випромінювання рентгенівського (в т. ч. синхротронного), потоку електронів або нейтронів і мессбауеровського g випромінювання. Соотв. розрізняють … Хімічна енциклопедія

Щоб розібратися в питанні, що в сучасній науці називається радіусом атома, пригадаємо, що являє собою сам атом. За класичними уявленнями в центрі атома знаходиться ядро, що складається з протонів та нейтронів, а навколо ядра кожен на своїй орбіті обертаються електрони.

Радіус атома у фізиці

Оскільки в даній моделі будови атома електрони є просторово обмеженими частинками, тобто корпускулами, логічно вважати атомним радіусом (а. р.) відстань від його ядра до найдальшої, або зовнішньої, орбіти, якою обертаються так звані валентні електрони.

Проте за сучасними, квантовомеханічним уявленням, Визначити цей параметр не можна так однозначно, як це робиться в класичній моделі. Тут електрони не представляються як частинок-корпускул, а отримують властивості хвиль, т. е. просторово-необмежених об'єктів. У такій моделі точно визначити стан електрона просто неможливо. Тут ця частка вже представляється як електронної орбіталі, щільність якої змінюється, залежно від відстані до ядра атома.

Отже, у сучасній моделі будови атома його радіус не можна визначити однозначно. Тому в квантовій фізиці, загальній хімії, фізиці твердого тіла та інших суміжних науках цю величину сьогодні визначають як радіус сфери, у центрі якої знаходиться ядро, всередині якої зосереджено 90-98% густини електронної хмари. Фактично ця відстань і визначає межі атома.

Якщо розглянути Періодичну таблицю хімічних елементів (таблицю Менделєєва), у якій наведені атомні радіуси, можна побачити певні закономірності, які у тому, що у межах періоду ці числа зменшуються ліворуч, а межах групи вони збільшуються зверху вниз. Такі закономірності пояснюються тим, що всередині періоду при русі зліва направо заряд атома зростає, що підвищує силу тяжіння ним електронів, а при русі всередині групи зверху вниз все більше заповнюється електричних оболонок.

Атомний радіус у хімії та кристалографії

Які бувають види

Ця характеристика сильно варіюється, в залежності від того, в якому хімічному зв'язку є атом. Оскільки всі речовини в природі в переважній більшості складаються з молекул, поняття а. нар. використовують для визначення міжатомних відстаней у молекулі. А дана характеристика залежить від властивостей атомів, що входять в молекулу, тобто їх положення в Періодичній системі хімічних елементів. Маючи різні фізичні та хімічні властивості, молекули утворюють все велике розмаїття речовин.

Насправді, ця величина окреслює сферу дії сили електричного тяжіння ядра атома та її зовнішніх електронних оболонок. За межами цієї сфери набуває чинності сила електричного тяжіння сусіднього атома. Існує кілька типів хімічного зв'язку атоміву молекулі:

ковалентна;
іонна;
металева;
ван-дер-ваальсова.

Відповідно до цих зв'язків таким же буде і атомний радіус.

Як залежить від типу хімічного зв'язку

При ковалентному зв'язку АР визначається як половина відстані між сусідніми атомами в одинарному хімічному зв'язку Х-Х, причому Х - це неметал, бо цей зв'язок властива неметаллам. Наприклад, для галогенів ковалентний радіус дорівнюватиме половині між'ядерної відстані Х-Х в молекулі Х2, для молекул селену Se і сірки S - половині відстані Х-Х в молекулі Х8, для вуглецю С він дорівнюватиме половині найкоротшої відстані С-С в кристалі алмазу .

Цей хімічний зв'язок має властивість адитивності, Т. е. підсумовування, що дозволяє визначати між'ядерні відстані в багатоатомних молекулах. Якщо зв'язок у молекулі подвійний чи потрійний, то ковалентний АР зменшується, тому що довжини кратних зв'язків менше одинарних.

При іонної зв'язку, що утворюється в іонних кристалах, використовують значення іонного АР визначення відстані між найближчими аніоном і катіоном, що у вузлах кристалічної решітки. Така відстань визначається як сума радіусів цих іонів.

Існує кілька способів визначення іонних радіусів, За яких відрізняються значення в індивідуальних іонів. Але в результаті ці способи дають приблизно однакові значення міжядерних відстаней. Ці способи або системи були названі на честь вчених, які проводили у цій галузі відповідні дослідження:

Гольдшмідта;
Полінг;
Бєлова та Бокія;
інших вчених.

При металевому зв'язку, що у кристалах металів, АР приймаються рівними половині найкоротшого відстані з-поміж них. p align="justify"> Металевий радіус залежить від координаційного числа К. При К = 12 його значення умовно приймається за одиницю. Для координаційних чисел 4, 6 і 8 металеві радіуси одного і того ж елемента відповідно дорівнюють 0.88, 0.96 і 0.98.

Якщо взяти два різні метали і порівняти металеві радіуси їх елементів, то близькість цих значень один до одного означатиме необхідну, але недостатню умову взаємної розчинності цих металів за типом заміщення. Наприклад, рідкі калій К і літій Li у звичайних умовах не змішуються і утворюють два рідкі шари, тому що їх металеві радіуси сильно різняться (0.236 нм і 0.155 нм відповідно), а калій К з цезієм Cs утворюють твердий розчин завдяки близькості їх радіусів (0.236 нм та 0.268 нм).

Ван-дер-ваальсовіАР використовують для визначення ефективних розмірів атомів благородних газів, а також відстаней між найближчими однойменними атомами, що належать різним молекулам і не пов'язані з хімічним зв'язком (приклад - молекулярні кристали). Якщо такі атоми зблизяться на відстань, меншу за суму їх ван-дер-ваальсових радіусів, між ними виникне сильне міжатомне відштовхування. Ці радіуси визначають мінімально допустимі межі контакту двох атомів, що належать до сусідніх молекул.

Крім того, дані АР використовують для визначення форми молекул, їх конформацій та пакування в молекулярних кристалах. Відомий принцип "щільної упаковки", коли молекули, що утворюють кристал, входять один в одного своїми "виступами" та "впадинами". На основі цього принципу інтерпретуються дані кристалографії та передбачаються структури молекулярних кристалів.