Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

2.3.3: Ковалентні та іонні радіуси

  • Page ID
    33210
  • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Вимірювання радіуса

    Існує кілька методів, за допомогою яких можна визначити радіуси атомів і іонів:

    • Неполярні атомні радіуси: радіус атома походить від довжин зв'язків всередині неполярних молекул; одна половина відстані між ядрами двох атомів в ковалентному зв'язку.
    • Радіус ван дер Ваальса: Радіус атома визначається зіткненням з іншими атомами.
    • Радіуси кристалів: атомний або іонний радіус визначається за допомогою карт електронної щільності за даними рентгенівського випромінювання.

    Вимірювання атомного або іонного розміру буде залежати від ряду факторів, включаючи ковалентний характер зв'язку в будь-якій конкретній молекулі, координаційний номер, фізичний стан (рідина, тверде тіло, газ), ідентичність сусідніх атомів/іонів, зміна кристалічної структури та спотворення в межах звичайного кристала споруди. Ви повинні мати на увазі, що розмір атома або іона є «нечіткою» мірою, і радіус при іншому наборі умов, ймовірно, трохи зміниться.

    Незважаючи на це, виміряні атомні та іонні радіуси виявляють очевидні тенденції у періодичній таблиці та між атомами та іонами. Відносні атомні розміри, показані на малюнку,\(\PageIndex{1}\) були отримані з кристалографічних даних. 1

    Тенденції атомного радіуса

    Атомний розмір, як правило, зменшується поступово зліва направо через період елементів. Зі збільшенням ядерного заряду (Z) ми очікуємо, що ефективний ядерний заряд (Z*) валентних електронів також збільшиться. Збільшення Z тягне електрони ближче до ядра. Однак з кожною додатковою одиницею Z є і додатковий електрон. Зміна розміру - це баланс стиснення, викликаний збільшенням Z і розширенням кількості електронів. В результаті атомний радіус поступово зменшується протягом певного періоду.

    Атомний розмір, як правило, збільшується, знижуючись групою. Оскільки валентні електрони займають оболонки більш високого рівня за рахунок збільшення квантового числа (n), розмір збільшується, незважаючи на те, що Z і Z* збільшуються, йдучи вниз по групі.

    Знімок екрана 2019-11-15 в 4.00.05 PM.png
    Малюнок\(\PageIndex{1}\). Атомні радіуси, розраховані за кристалографічними даними. Дані Кордеро, Беатріс, Вероніки Гомес, Ани Е. Платеро-Пратс, Марка Ревеса, Хорхе Ечеверрії, Едуарда Кремадеса, Флавії Барраган та Сантьяго Альвареса. «Ковалентні радіуси переглянуті». Далтон транзакції, № 21 (2008): 2832—38. дої:10.1039/b801115j.

    Тенденції іонного радіуса

    Тенденції іонного радіуса слідують загальним тенденціям атомного радіуса для іонів одного заряду. Іонний радіус змінюється залежно від заряду іона (і кількості електронів) та електронної конфігурації (наприклад, високий спін або низький спін).

    Катіони

    У порівнянні зі своїми атомами катіони мають однаковий Z, але менше електронів. Видалення електронів з атома з утворенням катіона призводить до значного збільшення ефективного ядерного заряду, в результаті чого всі інші електрони сильніше притягуються до ядра і мають більш низький рівень енергії. Результатом є скорочення в розмірах від атома до катіону. Малюнок\(\PageIndex{2}\) наочно ілюструє відносний розмір атомів і деяких катіонів перших чотирьох періодів; дані доступні в табличному форматі на рис\(\PageIndex{3}\).

    Аніони

    У порівнянні зі своїми атомами аніони мають однаковий Z, але більше електронів. Додавання електронів до атома для утворення аніону призводить до зменшення ефективного ядерного заряду, що відповідає зменшенню сили притягання між ядром і електронами. Менша сила притягання призводить до розширення, де розмір атома стає більше при утворенні аніона. Малюнок\(\PageIndex{2}\) наочно ілюструє відносний розмір атомів і деяких аніонів перших чотирьох періодів, в той час як дані доступні в табличному форматі на рис\(\PageIndex{3}\).

    Знімок екрана 2019-12-05 в 2.48.15 PM.png
    Малюнок\(\PageIndex{2}\). Ця цифра ілюструє відносні розміри атомів і іонів перших чотирьох періодів таблиці Менделєєва. Атомний радіус позначається сірими колами. Радіус катіонів показаний зеленим (+1), вапняним (+2) і жовтим (+3) колами. Радіус аніонів показані у вигляді аква (-1), синього (-2) та фіолетового (-3) кола. Дані з джерел 1-3

    Знімок екрана 2019-12-05 в 5.19.03 PM.pngМалюнок\(\PageIndex{3}\). На цьому малюнку показані радіуси (в ангстремах) атомів і іонів перших чотирьох періодів таблиці Менделєєва. Радіуси від кожного елемента перераховані від найбільшого до найменшого, іонний заряд вказаний в дужках (); hs = високий спін, ls = низький спін, cn6 = координаційне число 6. Дані з джерел 1-3.

    Посилання

    1. Кордеро, Беатріс, Вероніка Гомес, Ана Платеро-Пратс, Марк Ревес, Хорхе Ечеверрія, Едуард Кремадес, Флавія Барраган та Сантьяго Альварес. «Ковалентні радіуси переглянуті». Далтон транзакції, № 21 (2008): 2832—38. дої:10.1039/b801115j.
    2. Р.Д. Шеннон (1976). «Переглянуті ефективні іонні радіуси та систематичні дослідження міжатомних відстаней у галогенідах та халькогенідах». Акта Кристалогратор А. 32 (5): 751—767. Код Код: 1976 Аккра. 32.751S. код: 10.1107/S0567739476001551.
    3. Статті Вікіпедії про атомний радіус та іонний радіус.