Atomski in ionski polmeri. Atomski in ionski radiji - osnove znanosti o materialih. Lastnosti kemijskih vezi

Periodične lastnosti elementov

Periodičnost je izražena v strukturi elektronske ovojnice atomov, zato se lastnosti, ki so odvisne od stanja elektronov, dobro ujemajo s periodičnim zakonom: atomski in ionski polmeri, ionizacijska energija, elektronska afiniteta, elektronegativnost in valenca elementov. Toda sestava in lastnosti so odvisne od elektronske strukture atomov preproste snovi in spojin, zato je periodičnost opažena v številnih lastnostih preprostih snovi in ​​spojin: temperatura in toplota taljenja in vrenja, dolžina in energija kemična vez, elektrodni potenciali, standardne entalpije tvorbe in entropije snovi itd. Periodični zakon zajema več kot 20 lastnosti atomov, elementov, enostavnih snovi in ​​spojin.

Po kvantni mehaniki se lahko elektron nahaja na kateri koli točki okoli jedra atoma, tako blizu njega kot na precejšnji razdalji. Zato so meje atomov nejasne in nedoločene. Hkrati se v kvantni mehaniki izračuna verjetnost porazdelitve elektronov okoli jedra in položaj največje elektronske gostote za vsako orbitalo.

Orbitalni polmer atoma (iona)je razdalja od jedra do največje elektronske gostote najbolj oddaljene zunanje orbite tega atoma (iona).

Orbitalni polmeri (njihove vrednosti so podane v priročniku) se z obdobji zmanjšujejo, ker Povečanje števila elektronov v atomih (ionih) ne spremlja pojav novih elektronskih plasti. Elektronska ovojnica atoma ali iona vsakega naslednjega elementa v obdobju postane gostejša v primerjavi s prejšnjo zaradi povečanja naboja jedra in povečanja privlačnosti elektronov k jedru.

Orbitalni radiji v skupinah se povečajo, ker atom (ion) vsakega elementa se od nadrejenega razlikuje po pojavu nove elektronske plasti.

Sprememba orbitalnih atomskih radijev za pet obdobij je prikazana na sl. 13, iz katerega je razvidno, da ima odvisnost "žagasto" obliko, značilno za periodični zakon.

riž. 13. Odvisnost orbitalnega radija

iz atomskega števila elementov prve – pete dobe.

Toda v obdobjih se zmanjšanje velikosti atomov in ionov ne pojavi monotono: v posameznih elementih opazimo majhne "izbruhe" in "padke". V "vrzeli" so praviloma elementi, ki imajo elektronska konfiguracija ustreza stanju povečane stabilnosti: na primer v tretjem obdobju je magnezij (3s 2), v četrtem - mangan (4s 2 3d 5) in cink (4s 2 3d 10) itd.

Opomba. Izračuni orbitalnih radijev se izvajajo od sredine sedemdesetih let prejšnjega stoletja zahvaljujoč razvoju elektronske računalniške tehnologije. Prej uporabljeno učinkovito polmeri atomov in ionov, ki jih določimo iz eksperimentalnih podatkov o medjedrskih razdaljah v molekulah in kristalih. Predpostavlja se, da so atomi nestisljive kroglice, ki se v spojinah dotikajo svojih površin. Efektivni radiji, določeni v kovalentnih molekulah, se imenujejo kovalentna radiji, v kovinskih kristalih – kovina polmeri, v spojinah z ionskimi vezmi – ionski polmeri. Efektivni radiji se razlikujejo od orbitalnih radijev, vendar je tudi njihovo spreminjanje z atomskim številom periodično.

Pomembna lastnost atoma je njegova velikost, to je atomski polmer. Velikost posameznega atoma ni določena, saj je njegova zunanja meja zabrisana zaradi verjetnostne prisotnosti elektronov na različnih točkah perinuklearnega prostora. Zaradi tega glede na vrsto vezi med atomi ločimo kovinske, kovalentne, van der Waalsove, ionske in druge atomske radije.

"Kovinski" radiji (r jaz) ugotovljeno s prepolovitvijo najkrajših medatomskih razdalj v kristalnih strukturah enostavnih snovi s koordinacijskim številom 12. Za druge vrednosti co.n. potreben popravek se upošteva.

Vrednote kovalentni polmeri (r cov) izračunano kot polovica dolžine homoatomske vezi. Če ni mogoče določiti dolžine posamezne homoatomske vezi, dobimo vrednost rcov atoma elementa A tako, da od dolžine heteroatomske vezi odštejemo kovalentni polmer atoma elementa B. A-B povezave. Kovalentni polmeri so odvisni predvsem od velikosti notranje elektronske lupine.

Polmeri valenčno nevezanih atomov - van der Waalsovi polmeri (r š) določiti efektivne velikosti atomov zaradi odbojnih sil napolnjenih energijskih nivojev.

Vrednosti elektronske energije, določene s Slaterjevimi pravili. omogočila oceno relativne vrednosti - navidezne velikosti atoma - r cmp (empirični radij).

Dolžina vezi je podana v angstromih (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).

Element r jaz rcov r w r cmp
H 0.46 0.37 1.20 0.25
On 1.22 0.32 1.40 -
Li 1.55 1.34 1.82 1.45
bodi 1.13 0.90 - 1.05
B 0.91 0.82 - 0.85
C 0.77 0.77 1.70 0.70
n 0.71 0.75 1.55 0.65
O - 0.73 1.52 0.60
F - 0.71 1.47 0.50
ne 1.60 0.69 1.54 -
Na 1.89 1.54 2.27 1.80
Mg 1.60 1.30 1.73 1.50
Al 1.43 1.18 - 1.25
Si 1.34 1.11 2.10 1.10
p 1.30 1.06 1.80 1.00
S - 1.02 1.80 1.00
Cl - 0.9 1.75 1.00
Ar 1.92 0.97 1.88 -
K 2.36 1.96 2.75 2.20
pribl 1.97 1.74 - 1.80
sc 1.64 1.44 - 1.60
Ti 1.46 1.36 - 1.40
V 1.34 1.25 - 1.35
Kr 1.27 1.27 - 1.40
Mn 1.30 1.39 - 1.40
Fe 1.26 1.25 - 1.40
Co 1.25 1.26 - 1.35
Ni 1.24 1.21 1.63 1.35
Cu 1.28 1.38 1.40 1.35
Zn 1.39 1.31 1.39 1.35
Ga 1.39 1.26 1.87 1.30
Ge 1.39 1.22 - 1.25
Kot 1.48 1.19 1.85 1.15
Se 1.60 1.16 1.90 1.15
Br - 1.14 1.85 1.15
Kr 1.98 1.10 2.02 -
Rb 2.48 2.11 - 2.35
Sr 2.15 1.92 - 2.00
Y 1.81 1.62 - 1.80
Zr 1.60 1.48 - 1.55
Nb 1.45 1.37 - 1.45
Mo 1.39 1.45 - 1.45
Tc 1.36 1.56 - 1.35
Ru 1.34 1.26 - 1.30
Rh 1.34 1.35 - 1.35
Pd 1.37 1.31 1.63 1.40
Ag 1.44 1.53 1.72 1.60
Cd 1.56 1.48 1.58 1.55
notri 1.66 1.44 1.93 1.55
Sn 1.58 1.41 2.17 1.45
Te 1.70 1.35 2.06 1.40
jaz - 1.33 1.98 1.40
Xe 2.18 1.30 2.16 -
Cs 2.68 2.25 - 2.60
Ba 2.21 1.98 - 2.15
La 1.87 1.69 - 1.95
Ce 1.83 - - 1.85
Pr 1.82 - - 1.85
Nd 1.82 - - 1.85
Pm - - - 1.85
Sm 1.81 - - 1.85
Eu 2.02 - - 1.80
Gd 1.79 - - 1.80
Tb 1.77 - - 1.75
Dy 1.77 - - 1.75
Ho 1.76 - - 1.75
Er 1.75 - - 1.75
Tm 1.74 - - 1.75
Yb 1.93 - - 1.75
Lu 1.74 1.60 - 1.75
Hf 1.59 1.50 - 1.55
Ta 1.46 1.38 - 1.45
W 1.40 1.46 - 1.35
Re 1.37 1.59 - 1.35
Os 1.35 1.28 - 1.30
Ir 1.35 1.37 - 1.35
Pt 1.38 1.28 1.75 1.35
Au 1.44 1.44 1.66 1.35
Hg 1.60 1.49 1.55 1.50
Tl 1.71 1.48 1.96 1.90
Pb 1.75 1.47 2.02 1.80
Bi 1.82 1.46 - 1.60
Po - - - 1.90
pri - - - -
Rn - 1.45 - -
Fr 2.80 - - -
Ra 2.35 - - 2.15
Ac 2.03 - - 1.95
Th 180 - - 1.80
oče 1.62 - - 1.80
U 1.53 - 1.86 1.75
Np 1.50 - - 1.75
Pu 1.62 - - 1.75
Am - - - 1.75

Splošni trend sprememb atomskih radijev je naslednji. V skupinah se atomski polmeri povečajo, saj se s povečanjem števila energijskih nivojev povečajo velikosti atomskih orbital z velikim glavnim kvantnim številom. Za d-elemente, v atomih katerih so zapolnjene orbitale prejšnjega energijskega nivoja, ta tendenca nima izrazitega značaja pri prehodu iz elementov pete dobe v elemente šeste dobe.

V kratkih obdobjih se polmeri atomov praviloma zmanjšajo, saj povečanje naboja jedra med prehodom na vsak naslednji element povzroči privlačnost zunanjih elektronov z naraščajočo silo; število energijskih nivojev ob istem času ostaja konstantno.

Sprememba atomskega polmera v periodah za d-elemente je bolj zapletena.

Vrednost atomskega polmera je precej tesno povezana s tako pomembno lastnostjo atoma, kot je ionizacijska energija. Atom lahko izgubi enega ali več elektronov in postane pozitivno nabit ion – kation. Ta sposobnost je kvantificirana z ionizacijsko energijo.

Seznam uporabljene literature

  1. Popkov V. A., Puzakov S. A. Splošna kemija: učbenik. - M .: GEOTAR-Media, 2010. - 976 str .: ISBN 978-5-9704-1570-2. [Z. 27-28]
  2. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Velika kemijska referenčna knjiga / A.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn.: Sodobna šola, 2005. - 608 z ISBN 985-6751-04-7.

Efektivni polmer atoma ali iona razumemo kot polmer njegove krogle delovanja, atom (ion) pa štejemo za nestisljivo kroglo. Z uporabo planetarnega modela je atom predstavljen kot jedro, okoli katerega se vrtijo elektroni v orbitah. Zaporedje elementov v Mendelejevem periodnem sistemu ustreza zaporedju polnjenja elektronskih lupin. Efektivni polmer iona je odvisen od zapolnjenosti elektronskih lupin, vendar ni enak polmeru zunanje orbite. Za določitev efektivnega polmera so atomi (ioni) v kristalni strukturi predstavljeni kot dotikajoče se toge kroglice, tako da je razdalja med njihovimi središči enaka vsoti polmerov. Atomski in ionski polmeri so določeni eksperimentalno z rentgenskimi meritvami medatomskih razdalj in izračunani teoretično na podlagi kvantnomehanskih konceptov.

Velikosti ionskih polmerov so podrejene naslednjim zakonom:

1. Znotraj ene navpične vrstice periodni sistem Polmeri ionov z enakim nabojem naraščajo z naraščanjem atomskega števila, saj se povečuje število elektronskih lupin in s tem tudi velikost atoma.

2. Za isti element se ionski polmer povečuje z naraščanjem negativnega naboja in zmanjšuje z naraščanjem pozitivnega naboja. Polmer aniona je večji od polmera kationa, saj ima anion presežek elektronov, kation pa pomanjkanje. Na primer, za Fe, Fe 2+, Fe 3+ je efektivni polmer 0,126, 0,080 in 0,067 nm, za Si 4-, Si, Si 4+ je efektivni polmer 0,198, 0,118 in 0,040 nm.

3. Velikosti atomov in ionov sledijo periodičnosti Mendelejevega sistema; izjema so elementi od št. 57 (lantan) do št. 71 (lutecij), kjer se polmeri atomov ne povečujejo, temveč enakomerno zmanjšujejo (t. i. kontrakcija lantanidov), in elementi od št. 89 (aktinij) naprej. (tako imenovana aktinidna kontrakcija).

Atomski polmer kemični element odvisno od koordinacijskega števila. Povečanje koordinacijskega števila vedno spremlja povečanje medatomskih razdalj. V tem primeru relativna razlika v vrednostih atomskih polmerov, ki ustrezajo dvema različnima koordinacijskima številoma, ni odvisna od vrste kemijske vezi (pod pogojem, da je vrsta vezi v strukturah s primerjanimi koordinacijskimi številkami enaka). Sprememba atomskih polmerov s spremembo koordinacijskega števila pomembno vpliva na velikost volumetričnih sprememb med polimorfnimi transformacijami. Na primer, pri hlajenju železa mora njegovo preoblikovanje iz modifikacije s kubično mrežo, osredotočeno na obraz, v modifikacijo s kubično mrežo, osredotočeno na telo, ki poteka pri 906 o C, spremljati povečanje prostornine za 9%, v resnici je povečanje obsega 0,8 %. To je posledica dejstva, da se zaradi spremembe koordinacijskega števila z 12 na 8 atomski polmer železa zmanjša za 3%. To pomeni, da spremembe v atomskih polmerih med polimorfnimi transformacijami v veliki meri kompenzirajo tiste volumetrične spremembe, ki bi se morale zgoditi, če se atomski polmer ne bi spremenil. Atomske radije elementov lahko primerjamo le, če imajo enako koordinacijsko število.

Atomski (ionski) polmeri so odvisni tudi od vrste kemijske vezi.

V kovinsko vezanih kristalih je atomski polmer opredeljen kot polovica medatomske razdalje med sosednjimi atomi. V primeru trdnih raztopin se kovinski atomski radiji spreminjajo na kompleksen način.

Pod kovalentnimi polmeri elementov z kovalentna vez razumeti polovico medatomske razdalje med najbližjimi atomi, povezanimi z enojno kovalentno vezjo. Značilnost kovalentnih radijev je njihova konstantnost v različnih kovalentnih strukturah z enakimi koordinacijskimi števili. Torej, razdalje v enojni S-S relacije v diamantu in nasičenih ogljikovodikih sta enaki in enaki 0,154 nm.

Ionskih polmerov v snoveh z ionskimi vezmi ni mogoče določiti kot polovico vsote razdalj med bližnjimi ioni. Velikosti kationov in anionov se praviloma močno razlikujejo. Poleg tega se simetrija ionov razlikuje od sferične. Obstaja več pristopov za ocenjevanje velikosti ionskih radijev. Na podlagi teh pristopov se ocenijo ionski polmeri elementov, nato pa se iz eksperimentalno določenih medatomskih razdalj določijo ionski polmeri drugih elementov.

Van der Waalsovi polmeri določajo efektivne velikosti atomov žlahtnih plinov. Poleg tega velja, da so van der Waalsovi atomski polmeri polovica medjedrne razdalje med najbližjimi enakimi atomi, ki med seboj niso povezani s kemično vezjo, tj. ki pripadajo različnim molekulam (na primer v molekularnih kristalih).

Pri uporabi atomskih (ionskih) polmerov v izračunih in konstrukcijah je treba njihove vrednosti vzeti iz tabel, izdelanih po enem sistemu.

EFEKTIVNI ATOMSKI RADIJ – gl Radij je atomski.

Geološki slovar: v 2 zvezkih. - M.: Nedra. Uredil K. N. Paffengoltz et al.. 1978 .

Poglejte, kaj je "EFEKTIVNI ATOMSKI RADIJ" v drugih slovarjih:

    Vrednost v Å, ki označuje velikost atomov. Običajno je bil ta koncept razumljen kot učinkovito sevanje, izračunano kot polovica medatomske (medjedrne) razdalje v homoatomskih spojinah, to je v kovinah in nekovinah. Ker sam in... Geološka enciklopedija

    Platinum- (Platinum) Kovina platine, kemijske in fizikalne lastnosti platine Kovina platine, kemijske in fizikalne lastnosti platine, proizvodnja in uporaba platine Vsebina Vsebina Oddelek 1. Izvor imena platina. Oddelek 2. Predpisi v ... ... Enciklopedija vlagateljev

    Značilnosti, ki omogočajo približno oceno medatomskih (medjedrskih) razdalj v molekulah in kristalih. Atomski polmeri so reda velikosti 0,1 nm. Določen predvsem iz podatkov rentgenske strukturne analize. * * * ATOMSKI… … Enciklopedični slovar

    Kovina- (Kovina) Definicija kovine, fizikalne in kemijske lastnosti kovin Definicija kovine, fizikalne in kemijske lastnosti kovin, uporaba kovin Vsebina Vsebina Definicija Pojavljanje v naravi Lastnosti Značilne lastnosti... ... Enciklopedija vlagateljev

    94 Neptunij ← Plutonij → Americij Sm Pu ... Wikipedia

    Zahteva za "Lithium" je preusmerjena sem; glej tudi druge pomene. Ta članek govori o kemijskem elementu. Za medicinsko uporabo glejte pripravke litija. 3 Helij ← Litij ... Wikipedia

    55 Ksenon ← Cezij → Barij ... Wikipedia

    Študije strukture v VA temeljijo na preučevanju kotne porazdelitve intenzivnosti sipanja rentgenskega sevanja (vključno s sinhrotronskim sevanjem), pretoka elektronov ali nevtronov in Mössbauerjevega g-sevanja, proučenega v VA. oz. razlikovati ... Kemijska enciklopedija

Atomski polmeri atomski polmeri

značilnosti, ki omogočajo približno oceno medatomskih (medjedrnih) razdalj v molekulah in kristalih. Atomski polmeri so reda velikosti 0,1 nm. Določen predvsem iz podatkov rentgenske strukturne analize.

ATOMSKI POLMER

ATOMSKI POLMER, značilnosti, ki omogočajo približno oceno medatomskih (medjedrskih) razdalj v molekulah in kristalih.
Efektivni polmer atoma ali iona razumemo kot polmer njegove krogle delovanja, atom (ion) pa štejemo za nestisljivo kroglo. Z uporabo planetarnega modela je atom predstavljen kot jedro, okoli katerega kroži (cm. ORBITALE) elektroni se vrtijo. Zaporedje elementov v Mendelejevem periodnem sistemu ustreza zaporedju polnjenja elektronskih lupin. Efektivni polmer iona je odvisen od zapolnjenosti elektronskih lupin, vendar ni enak polmeru zunanje orbite. Za določitev efektivnega polmera so atomi (ioni) v kristalni strukturi predstavljeni kot dotikajoče se toge kroglice, tako da je razdalja med njihovimi središči enaka vsoti polmerov. Atomski in ionski polmeri so določeni eksperimentalno z rentgenskimi meritvami medatomskih razdalj in izračunani teoretično na podlagi kvantnomehanskih konceptov.
Velikosti ionskih polmerov so podrejene naslednjim zakonom:
1. Znotraj ene navpične vrstice periodnega sistema se polmeri ionov z enakim nabojem povečujejo z naraščanjem atomskega števila, saj se povečuje število elektronskih lupin in s tem velikost atoma.
2. Za isti element se ionski polmer povečuje z naraščanjem negativnega naboja in zmanjšuje z naraščanjem pozitivnega naboja. Polmer aniona je večji od polmera kationa, saj ima anion presežek elektronov, kation pa pomanjkanje. Na primer, za Fe, Fe 2+, Fe 3+ je efektivni polmer 0,126, 0,080 in 0,067 nm, za Si 4-, Si, Si 4+ je efektivni polmer 0,198, 0,118 in 0,040 nm.
3. Velikosti atomov in ionov sledijo periodičnosti Mendelejevega sistema; izjema so elementi od št. 57 (lantan) do št. 71 (lutecij), kjer se polmeri atomov ne povečujejo, temveč enakomerno zmanjšujejo (t. i. kontrakcija lantanidov), in elementi od št. 89 (aktinij) naprej. (tako imenovana aktinidna kontrakcija).
Atomski polmer kemijskega elementa je odvisen od koordinacijskega števila (cm. KOORDINACIJSKA ŠTEVILKA). Povečanje koordinacijskega števila vedno spremlja povečanje medatomskih razdalj. V tem primeru relativna razlika v vrednostih atomskih polmerov, ki ustrezajo dvema različnima koordinacijskima številoma, ni odvisna od vrste kemijske vezi (pod pogojem, da je vrsta vezi v strukturah s primerjanimi koordinacijskimi številkami enaka). Sprememba atomskih polmerov s spremembo koordinacijskega števila pomembno vpliva na velikost volumetričnih sprememb med polimorfnimi transformacijami. Na primer, pri hlajenju železa mora njegovo preoblikovanje iz modifikacije s kubično mrežo, osredotočeno na obraz, v modifikacijo s kubično mrežo, osredotočeno na telo, ki poteka pri 906 o C, spremljati povečanje prostornine za 9%, v resnici je povečanje obsega 0,8 %. To je posledica dejstva, da se zaradi spremembe koordinacijskega števila z 12 na 8 atomski polmer železa zmanjša za 3%. To pomeni, da spremembe v atomskih polmerih med polimorfnimi transformacijami v veliki meri kompenzirajo tiste volumetrične spremembe, ki bi se morale zgoditi, če se atomski polmer ne bi spremenil. Atomske radije elementov lahko primerjamo le, če imajo enako koordinacijsko število.
Atomski (ionski) polmeri so odvisni tudi od vrste kemijske vezi.
V kristalih z kovinska vez (cm. KOVINSKI LINK) atomski polmer je opredeljen kot polovica medatomske razdalje med najbližjimi atomi. V primeru trdnih raztopin (cm. TRDNE RAZTOPINE) kovinski atomski radiji se razlikujejo na zapletene načine.
Kovalentne radije elementov s kovalentno vezjo razumemo kot polovico medatomske razdalje med najbližjimi atomi, povezanimi z enojno kovalentno vezjo. Značilnost kovalentnih radijev je njihova konstantnost v različnih kovalentnih strukturah z enakimi koordinacijskimi števili. Tako so razdalje v enojnih C-C vezeh v diamantu in nasičenih ogljikovodikih enake in enake 0,154 nm.
Ionski radiji v snoveh z ionskimi vezmi (cm. IONSKA VEZ) ni mogoče določiti kot polovico vsote razdalj med bližnjimi ioni. Velikosti kationov in anionov se praviloma močno razlikujejo. Poleg tega se simetrija ionov razlikuje od sferične. Obstaja več pristopov k ocenjevanju ionskih polmerov. Na podlagi teh pristopov se ocenijo ionski polmeri elementov, nato pa se iz eksperimentalno določenih medatomskih razdalj določijo ionski polmeri drugih elementov.
Van der Waalsovi polmeri določajo efektivne velikosti atomov žlahtnih plinov. Poleg tega velja, da so van der Waalsovi atomski polmeri polovica medjedrne razdalje med najbližjimi enakimi atomi, ki med seboj niso povezani s kemično vezjo, tj. ki pripadajo različnim molekulam (na primer v molekularnih kristalih).
Pri uporabi atomskih (ionskih) polmerov v izračunih in konstrukcijah je treba njihove vrednosti vzeti iz tabel, izdelanih po enem sistemu.


Enciklopedični slovar. 2009 .

Oglejte si, kaj so "atomski radiji" v drugih slovarjih:

    Lastnosti atomov, ki omogočajo približno oceno medatomskih (medjedrnih) razdalj v molekulah in kristalih. Atomi pa glede na kvantne koncepte nimajo jasnih meja. mehanika, verjetnost najdbe elektrona za določeno oddaljenost od jedra...... Fizična enciklopedija

    Značilnosti, ki omogočajo približno oceno medatomskih (medjedrskih) razdalj v molekulah in kristalih. Določeno predvsem iz podatkov rentgenske strukturne analize ... Veliki enciklopedični slovar

    Učinkovite lastnosti atomov, ki omogočajo približno oceno medatomske (medjedrne) razdalje v molekulah in kristalih. Po konceptih kvantne mehanike atomi nimajo jasnih meja, verjetnost, da najdejo elektron... ... Kemijska enciklopedija

    Lastnosti atomov, ki omogočajo približno oceno medatomskih razdalj v snoveh. Po kvantni mehaniki atom nima določenih meja, ampak verjetnost, da najdemo elektron na dani razdalji od jedra atoma, začenši z... ... Velika sovjetska enciklopedija