Promień atomowy
Atomowi przypisywany jest promień atomowy, za pomocą którego można w przybliżeniu określić jego rozmiar przestrzenny. Nie można określić bezwzględnego promienia atomu - a więc także rozmiaru absolutnego - ponieważ atom wykazuje różne efektywne rozmiary w zależności od typu wiązania chemicznego i zgodnie z ideami mechaniki kwantowej i tak nie ma określonej granicy. Promień atomowy określa się na podstawie odległości między jądrami atomowymi w związkach chemicznych danego typu:
- W układach o przeważającej strukturze jonowej atomom przypisuje się promienie jonowe .
- Dla atomów w związkach cząsteczkowych scharakteryzowanych jako kowalencyjne podano promienie kowalencyjne .
- W metalach atomy mają metalowy promień atomowy .
- Siły Van der Waalsa działają między cząsteczkami wiązań kowalencyjnych ; odpowiednio są promienie van der Waalsa .
Promienie atomowe są rzędu 10-10 m (= 1 Ångström = 100 pm = 0,1 nm ). Promień kowalencyjny w cząsteczce wodoru wynosi np. B. 32 pm , promień metalu 12-współrzędnych cezu 272 pm.
Zależność od pozycji w układzie okresowym
Promienie atomowe rosną od góry do dołu w grupie układu okresowego i zmniejszają się od lewej do prawej w okresie. Wyjaśnia to fakt, że liczba atomowa, a tym samym dodatni ładunek jądra, rośnie w okresie . W ten sposób ujemne elektrony atomu są silniej przyciągane. Zmniejszenie promienia atomowego w okresie od halogenu do gazu szlachetnego można przypisać szczególnie stabilnej konfiguracji elektronowej gazów szlachetnych. Wzrost promienia z jednego rzędu do drugiego w każdej grupie wynika z faktu, że nowe powłoki są wypełnione elektronami.
Liczba atomowa | symbol | Promień w 10-12 m |
---|---|---|
1 | H. | 32 |
2 | Hej | 28 |
3 | Li | 152 |
4 | Być | 112 |
5 | B. | 88 |
6th | DO. | 77 |
7th | N | 70 |
8th | O | 66 |
9 | FA. | 64 |
10 | Nie | 58 |
11 | Nie dotyczy | 186 |
12 | Mg | 160 |
13 | Glin | 143 |
14 | Si | 117 |
15 | P. | 110 |
16 | S. | 104 |
17 | Cl | 99 |
18 | Ar | 106 |
19 | K. | 231 |
20 | Około | 197 |
Promień atomu metalu, sferyczne upakowanie i krata Bravais
W najprostszym przypadku element krystalizuje, jak pokazano na rysunku 1 ( prosty sześcienny, prosty sześcienny lub prymitywny ). Średnicę D atomu (odległość między środkami najbliższych sąsiednich atomów) można obliczyć wychodząc z sześcianu zawierającego 10 24 atomów, którego krawędzie są zatem utworzone przez 108 atomów. Jeden mol to 6,022 · 10 23 atomów. A to tyle gramów, ile wskazuje masa atomowa A. A / 0,6022 grama to waga sześcianu z 10 24 atomami. Jeśli podzielimy przez gęstość ρ, to A / (0,6022 · ρ) cm 3 jest jego objętością. Jego trzecim głównym podaje długość krawędzi, a to poprzez 10 8 jest podzielenie średnicy atomowej D . Dla elementu polon ( A = 208,983; ρ = 9,196) objętość tego sześcianu wynosi 37,737 cm 3, a długość krawędzi 3,354 cm. To implikuje promień atomowy 167,7 µm; w zbiorach danych podano 167,5 godz.
W przypadku złota ( A = 196,967 g / mol; ρ = 19,282 g / cm 3 ) nie jest to już tak dokładne, błąd wynosi około 12%. Przyczyną tej rozbieżności jest to, że atomy złota nie są upakowane pierwotnie, ale bardziej gęsto (ścianka sześcienna, sześcienna centrowana ścianką, fcc, jedno z dwóch najbliższych upakowań sfer; Rysunek 2). Są tam
- w jednej płaszczyźnie rzędy atomów są przesunięte względem siebie o połowę średnicy atomowej, tak że można je przysunąć bliżej siebie, oraz
- atomy na poziomie powyżej każdego z nich leżą w zagłębieniu między trzema innymi atomami. Razem tworzą czworościany.
Określony z tablicą atomów linią prostą, auffädelt osiami atom odległość pomiędzy dwoma rzędami w jednej płaszczyźnie, w przypadku sześciennego prymitywny / sc-siatki tylko D . W siatce sześciennej / fcc centrowanej na twarz jest ona mniejsza, a mianowicie D · (√3 / 2) (= wysokość trójkąta równobocznego), a odległość między dwoma poziomami jest równa wysokości czworościanu [D · √ (2/3)]. Z iloczynu dwóch czynników można znaleźć: fikcyjna złota kostka o sześciennej pierwotnej strukturze kryształu miałaby objętość √2 ≈ 1,41421 większą lub gęstość √2 byłaby mniejsza. Jeśli przeprowadzimy obliczenia z mniejszą gęstością, otrzymamy D = 288 pm lub r = 144 pm, zgodnie z wynikiem z dyfrakcji rentgenowskiej.
Jest to łatwiejsze, jeśli znasz gęstości upakowania (proporcja, jaką atomy zakładały, że są okrągłe, składają się na objętość). Sześcienna prymitywna siatka ma gęstość upakowania 0,523599, a dla sześciennej centrowanej powierzchni wynosi 0,740480. Ta sama gęstość upakowania ma również siatkę sześciokątną (sekwencja warstw AB, z sześciennym ABC wyśrodkowanym na powierzchni). Iloraz (0,74… / 0,52…) ponownie daje współczynnik √2. W tabeli podano przykłady pierwiastków, których struktura krystaliczna jest sześcienna lub heksagonalna centralnie na płaszczyźnie, wraz z wynikiem obliczeń i zmierzonym promieniem atomowym.
porządkowy numer |
element | Struktura kryształu |
Masa atomowa | gęstość | r calc [pm] | r exp [pm] |
---|---|---|---|---|---|---|
4 | Być | klątwa | 9.012 | 1,848 | 112,7 | 112 |
12 | Mg | klątwa | 24.305 | 1.738 | 160.1 | 160 |
20 | Około | fcc | 40.078 | 1.55 | 196,5 | 197 |
22 | Ti | klątwa | 47.867 | 4,506 | 146,1 | 147 |
27 | Współ | klątwa | 58,933 | 8.86 | 125,0 | 125 |
28 | Ni | fcc | 58,693 | 8,908 | 124,6 | 124 |
29 | Cu | fcc | 63,546 | 8,933 | 127,8 | 128 |
40 | Zr | klątwa | 91,224 | 6.506 | 160,3 | 160 |
46 | Pd | fcc | 106,42 | 12.023 | 137,5 | 137 |
47 | Ag | fcc | 107,868 | 10,501 | 144,5 | 144 |
57 | La | klątwa | 138,905 | 6.162 | 187,7 | 187 |
76 | Os | klątwa | 190,23 | 22,59 | 135,2 | 135 |
77 | Ir | fcc | 192.217 | 22,56 | 135,7 | 136 |
78 | Pt | fcc | 195.084 | 21.45 | 138,7 | 138,5 |
79 | Au | fcc | 196,967 | 19,282 | 144,2 | 144 |
W przypadku centralnej sześciennej komórki elementarnej (bcc; na przykład sód) gęstość upakowania wynosi 0,68175. Tutaj gęstość ρ musi zostać podzielona przez (0,68… / 0,52…). To znowu odpowiada objętości fikcyjnego sześcianu o strukturze sc, która jest większa o ten współczynnik. Dla sodu ( A = 22,9898; ρ = 0,968) trzeci pierwiastek z [22,9898 / (0,6022 · 0,968)] · (0,68… / 0,52…) daje D = 371, 16:00 i r = 185,7 po południu; zmierzono 186 pm.
Klasyczna metoda krystalograficzna liczy, ile atomów znajduje się w komórce elementarnej. W przypadku powierzchni sześciennej centrowanej (fcc) zawiera ona proporcje czterech całych atomów (ryc. 3). Objętość, w której znajdują się cztery atomy, można określić na podstawie masy atomowej, gęstości oraz liczby Avogadro, czyli wielkości komórki elementarnej (w tym przypadku kształtu sześcianu). Średnica atomu to odległość między środkami dwóch atomów znajdujących się najbliżej siebie w komórce. Są ułożone wzdłuż przekątnych powierzchni (a nie wzdłuż krawędzi, ponieważ są dalej od siebie). Jest to długość czterech promieni atomowych (na rysunku 3 atomy są pokazane jako mniejsze dla zachowania przejrzystości). Z objętości uzyskuje się długość krawędzi, długość przekątnej, a tym samym promień atomowy. W przypadku prymitywnej komórki elementarnej sześciennej obliczenia można również przeprowadzić dla polonu.
Zobacz też
- Długości wiązań w układach kowalencyjnych
- Skurcz lantanowców
literatura
- Charles E. Mortimer, Ulrich Müller: Chemistry. Podstawowa wiedza z chemii. Wydanie poprawione. Thieme, Stuttgart 2007, ISBN 978-3-13-484309-5 .
- Hans Rudolf Christen : Podstawy chemii ogólnej i nieorganicznej. 6. edycja. Salle i wsp., Frankfurt am Main i wsp. 1980, ISBN 3-7935-5394-9 .
Indywidualne dowody
- ↑ Polon . uniterra.de. Źródło 28 maja 2011 r.
- ↑ Frank Rioux: Obliczanie promienia atomowego polonu (PDF; 114 kB) users.csbsju.edu. Źródło 28 maja 2011 r.