Efektywny promień atomu lub jonu rozumiany jest jako promień sfery jego działania, a atom (jon) jest uważany za nieściśliwą kulę. Używając planetarnego modelu atomu, jest on reprezentowany jako jądro, wokół którego krążą po orbitach elektrony. Sekwencja pierwiastków w układzie okresowym Mendelejewa odpowiada kolejności wypełniania powłok elektronowych. Efektywny promień jonu zależy od zajętości powłok elektronowych, ale nie jest równy promieniowi orbity zewnętrznej. Aby określić efektywny promień, atomy (jony) w strukturze kryształu są reprezentowane jako stykające się ze sztywnymi kulami, tak że odległość między ich środkami jest równa sumie promieni. Promienie atomowe i jonowe wyznaczono eksperymentalnie na podstawie rentgenowskich pomiarów odległości międzyatomowych i obliczono teoretycznie na podstawie koncepcji mechaniki kwantowej.
Rozmiary promieni jonowych są zgodne z następującymi prawami:
1. W obrębie jednego pionowego rzędu układu okresowego promienie jonów o tym samym ładunku zwiększają się wraz ze wzrostem liczby atomowej, ponieważ wzrasta liczba powłok elektronowych, a tym samym rozmiar atomu.
2. Dla tego samego pierwiastka promień jonowy wzrasta wraz ze wzrostem ładunku ujemnego i maleje wraz ze wzrostem ładunku dodatniego. Promień anionu jest większy niż promień kationu, ponieważ anion ma nadmiar elektronów, podczas gdy kation ma niedobór. Na przykład dla Fe, Fe 2+, Fe 3+ efektywny promień wynosi odpowiednio 0,126, 0,080 i 0,067 nm, dla Si 4-, Si, Si 4+ efektywny promień wynosi 0,198, 0,118 i 0,040 nm.
3. Rozmiary atomów i jonów są zgodne z okresowością układu Mendelejewa; wyjątek stanowią pierwiastki od nr 57 (lantan) do nr 71 (lutet), gdzie promienie atomowe nie zwiększają się, ale zmniejszają się równomiernie (tzw. skurcz lantanowców) oraz pierwiastki od nr 89 (aktyn) i dalej ( tak zwany skurcz aktynoidalny).
Promień atomowy pierwiastka chemicznego zależy od liczby koordynacyjnej. Wzrostowi liczby koordynacyjnej zawsze towarzyszy wzrost odległości międzyatomowych. W tym przypadku względna różnica między wartościami promieni atomowych odpowiadających dwóm różnym liczbom koordynacyjnym nie zależy od rodzaju wiązania chemicznego (pod warunkiem, że rodzaj wiązania w strukturach o porównywanych liczbach koordynacyjnych jest taki sam). Zmiana promieni atomowych wraz ze zmianą liczby koordynacyjnej znacząco wpływa na wielkość zmian objętościowych podczas przekształceń polimorficznych. Na przykład, gdy żelazo jest schładzane, jego przemianie z sześciennej modyfikacji skoncentrowanej na twarzy w sześcienną modyfikację skoncentrowaną na ciele zachodzącą w temperaturze 906 ° C powinien towarzyszyć wzrost objętości o 9%, w rzeczywistości wzrost objętości wynosi 0,8 %. Wynika to z faktu, że ze względu na zmianę liczby koordynacyjnej z 12 na 8 promień atomowy żelaza zmniejsza się o 3%. Oznacza to, że zmiana promieni atomowych podczas transformacji polimorficznych w dużej mierze kompensuje zmiany objętościowe, które musiałyby wystąpić, gdyby promień atomu nie zmienił się w tym przypadku. Promienie atomowe pierwiastków można porównać tylko z tą samą liczbą koordynacyjną.
Promienie atomowe (jonowe) również zależą od rodzaju wiązania chemicznego.
W kryształach z wiązaniem metalicznym promień atomowy definiuje się jako połowę odległości międzyatomowej między najbliższymi atomami. W przypadku roztworów stałych promienie atomów metali różnią się w sposób złożony.
Pod promieniami kowalencyjnymi pierwiastków z wiązaniem kowalencyjnym rozumie się połowę odległości międzyatomowej między najbliższymi atomami połączonymi pojedynczym wiązaniem kowalencyjnym. Cechą promieni kowalencyjnych jest ich stałość w różnych strukturach kowalencyjnych o tych samych liczbach koordynacyjnych. Tak więc odległości w pojedynczych wiązaniach C-C w diamencie i węglowodorach nasyconych są takie same i wynoszą 0,154 nm.
Promienie jonowe w substancjach z wiązaniem jonowym nie mogą być zdefiniowane jako połowa sumy odległości między najbliższymi jonami. Z reguły rozmiary kationów i anionów znacznie się różnią. Ponadto symetria jonów różni się od sferycznej. Istnieje kilka podejść do szacowania wartości promieni jonowych. Na podstawie tych podejść szacowane są promienie jonowe pierwiastków, a następnie promienie jonowe innych pierwiastków są wyznaczane z eksperymentalnie wyznaczonych odległości międzyatomowych.
Promienie Van der Waalsa określają efektywne rozmiary atomów gazu szlachetnego. Ponadto za promienie van der Waalsa uważa się połowę odległości międzyjądrowej między najbliższymi identycznymi atomami, które nie są związane chemicznie, tj. należące do różnych cząsteczek (na przykład w kryształach molekularnych).
Wykorzystując w obliczeniach i konstrukcjach wartości promieni atomowych (jonowych) ich wartości należy przyjmować z tabel budowanych według jednego systemu.
Rozmiary cząstek często określają rodzaj struktury krystalicznej i są ważne dla zrozumienia przebiegu wielu reakcji chemicznych. Wielkość atomów, jonów, cząsteczek określają elektrony walencyjne. Podstawę zrozumienia tego zagadnienia - wzorce zmian promieni orbitalnych - przedstawiono w rozdz. 2.4. Atom nie ma granic, a jego wielkość jest wartością warunkową. Niemniej jednak można scharakteryzować wielkość wolnego atomu za pomocą promienia orbity. Ale praktyczne znaczenie mają zwykle atomy i jony w składzie substancji (w cząsteczce, polimerze, cieczy lub substancji stałej), a nie wolne. Ponieważ stany wolnego i związanego atomu znacznie się różnią (a przede wszystkim ich energia), rozmiary również muszą się różnić.
Dla atomów związanych można również wprowadzić wielkości charakteryzujące ich wielkość. Chociaż chmury elektronów związanych atomów mogą znacznie różnić się od sferycznych, zwyczajowo charakteryzuje się rozmiary atomów skuteczny (pozorny) promienie .
Rozmiary atomów tego samego pierwiastka zależą zasadniczo od składu związku chemicznego, z jakim rodzajem wiązania znajduje się atom. Na przykład w przypadku wodoru połowa odległości międzyatomowej w cząsteczce H2 wynosi 0,74/2 = 0,37 Å, a w wodorze metalicznym wartość promienia wynosi 0,46 Å. Dlatego przydziel promienie kowalencyjne, jonowe, metaliczne i van der Waalsa . Z reguły w koncepcjach promieni efektywnych odległości międzyatomowe (dokładniej odległości międzyjądrowe) są uważane za sumę promieni dwóch sąsiednich atomów, przyjmując atomy jako nieściśliwe kule. Wobec wiarygodnych i dokładnych danych eksperymentalnych dotyczących odległości międzyatomowych (a takie dane są dostępne od dawna zarówno dla molekuł, jak i kryształów z dokładnością do tysięcznych angstremów), pozostaje jeden problem z wyznaczeniem promienia każdego atomu - jak rozłożyć odległość międzyatomową między dwoma atomami. Oczywiste jest, że problem ten można jednoznacznie rozwiązać tylko poprzez wprowadzenie dodatkowych niezależnych danych lub założeń.
Koniec pracy -
Ten temat należy do:
Na stronie czytaj: "właściwości wiązania chemicznego" ..
Jeśli potrzebujesz dodatkowych materiałów na ten temat lub nie znalazłeś tego, czego szukałeś, zalecamy skorzystanie z wyszukiwania w naszej bazie prac:
Jeśli ten materiał okazał się dla Ciebie przydatny, możesz zapisać go na swojej stronie w sieciach społecznościowych:
| ćwierkać |
promienie kowalencyjne
Najbardziej oczywista sytuacja dotyczy promieni kowalencyjnych atomów, które tworzą niepolarne cząsteczki dwuatomowe. W takich przypadkach promień kowalencyjny wynosi dokładnie połowę odległości międzyatomowej
promienie jonowe
Ponieważ o godz. tak. trudno jest zaobserwować cząsteczki z wiązaniami jonowymi, a jednocześnie znana jest duża liczba związków tworzących kryształy jonowe, to jeśli chodzi o promienie jonowe,
metalowe promienie
Samo wyznaczenie promieni metali nie stanowi problemu - wystarczy zmierzyć odległość międzyjądrową w odpowiednim metalu i podzielić ją na pół. W tabeli. 20 to trochę met
promienie van der Waalsa
Promienie Van der Waalsa można określić, mierząc odległości między atomami w krysztale, gdy nie ma między nimi wiązania chemicznego. Innymi słowy, atomy należą do różnych cząsteczek.
Pytania do samodzielnego zbadania
1. Czym są promienie orbitalne i efektywne? 2. Jaka jest różnica między promieniem kulki a atomem lub jonem? 3. W jakich przypadkach promień kowalencyjny jest równy połowie długości?
Efektywne ładunki atomów
Kiedy tworzy się wiązanie chemiczne, następuje redystrybucja gęstości elektronowej, a w przypadku wiązania polarnego atomy są naładowane elektrycznie. Opłaty te nazywane są skutecznymi. Są hara
Efektywne ładunki w niektórych kryształach jonowych
Substancja CsF CsCl NaF NaCl LiF LiCl LiI DEO 3,3
Efektywne ładunki atomów w tlenkach (według N. S. Achmetowa)
Tlenek Na2O MgO Al2O3 SiO2 P2O5 SO
Pytania do samodzielnego zbadania
1. Jaki jest efektywny ładunek atomu? 2. Czy ładunek efektywny może przekroczyć (w module) stan utlenienia atomu? 3. Jaki jest stopień jonowości wiązania? 4. K
Wartościowość
Ogólnie wartościowość charakteryzuje zdolność atomów pierwiastka do tworzenia związków o określonym składzie (pewne stosunki liczby różnych pierwiastków w związku). Często w
Pytania do samodzielnego zbadania
1. Zdefiniuj pojęcia: stopień utlenienia; kowalencyjność; numer koordynacyjny; numer steryczny. 2. Wyznacz kowalencję, stopień utlenienia i CN dla: H2S; H
Energia wiązania
Wielkość energii jest najważniejszą cechą wiązania, która decyduje o odporności substancji na ciepło, światło, naprężenia mechaniczne i reakcje z innymi substancjami[†]. Istnieją różne metody na
Energie wiązania cząsteczek dwuatomowych w gazie (N. N. Pavlov)
Cząsteczka H2 Li2 Na2 K2 F2 Cl2
Pytania do samodzielnego zbadania
1. Wytypuj zmianę energii wiązania C–N w szeregu H3CNH2, H2CNH, HCNH. 2. Przewiduj zmianę energii wiązania w szeregu O2, S2, Se2
Wiązanie chemiczne i układ okresowy pierwiastków
Rozważmy prawidłowości budowy i właściwości niektórych prostych substancji i najprostszych związków, określone przez strukturę elektronową ich atomów. Atomy gazu szlachetnego (grupa VIIIA) mają całkowicie
Zmiana odległości międzyatomowych dla prostych substancji z grupy VIA
Substancja Odległość między atomami, Å wewnątrz cząsteczek różnica między cząsteczkami S
Dodatkowy
3. Chemia ogólna / wyd. E. M. Sokolovskaya. M.: Wydawnictwo Uniwersytetu Moskiewskiego, 1989. 4. Ugay Ya O. Chemia ogólna. M.: Wyższe. szkoła, 1984. 5. On jest taki sam. Chemia ogólna i nieorganiczna. M..
promienie atomowe promienie atomowe
cechy, które umożliwiają przybliżone oszacowanie odległości międzyatomowych (międzyjądrowych) w cząsteczkach i kryształach. Promienie atomowe są rzędu 0,1 nm. Są one określane głównie na podstawie danych rentgenowskiej analizy strukturalnej.
PROMIEŃ ATOMOWYPROMIEŃ ATOMOWY, charakterystyka umożliwiająca przybliżone oszacowanie odległości międzyatomowych (międzyjądrowych) w cząsteczkach i kryształach.
Efektywny promień atomu lub jonu rozumiany jest jako promień sfery jego działania, a atom (jon) jest uważany za nieściśliwą kulę. Używając planetarnego modelu atomu, jest on reprezentowany jako jądro, wokół którego na orbitach (cm. ORBITALE) elektrony obracają się. Sekwencja pierwiastków w układzie okresowym Mendelejewa odpowiada kolejności wypełniania powłok elektronowych. Efektywny promień jonu zależy od zajętości powłok elektronowych, ale nie jest równy promieniowi orbity zewnętrznej. Aby określić efektywny promień, atomy (jony) w strukturze kryształu są reprezentowane jako stykające się ze sztywnymi kulami, tak że odległość między ich środkami jest równa sumie promieni. Promienie atomowe i jonowe wyznaczono eksperymentalnie na podstawie rentgenowskich pomiarów odległości międzyatomowych i obliczono teoretycznie na podstawie koncepcji mechaniki kwantowej.
Rozmiary promieni jonowych są zgodne z następującymi prawami:
1. W obrębie jednego pionowego rzędu układu okresowego promienie jonów o tym samym ładunku zwiększają się wraz ze wzrostem liczby atomowej, ponieważ wzrasta liczba powłok elektronowych, a tym samym rozmiar atomu.
2. Dla tego samego pierwiastka promień jonowy wzrasta wraz ze wzrostem ładunku ujemnego i maleje wraz ze wzrostem ładunku dodatniego. Promień anionu jest większy niż promień kationu, ponieważ anion ma nadmiar elektronów, podczas gdy kation ma niedobór. Na przykład dla Fe, Fe 2+, Fe 3+ efektywny promień wynosi odpowiednio 0,126, 0,080 i 0,067 nm, dla Si 4-, Si, Si 4+ efektywny promień wynosi 0,198, 0,118 i 0,040 nm.
3. Rozmiary atomów i jonów są zgodne z okresowością układu Mendelejewa; wyjątek stanowią pierwiastki od nr 57 (lantan) do nr 71 (lutet), gdzie promienie atomowe nie zwiększają się, ale zmniejszają się równomiernie (tzw. skurcz lantanowców) oraz pierwiastki od nr 89 (aktyn) i dalej ( tak zwany skurcz aktynoidalny).
Promień atomowy pierwiastka chemicznego zależy od liczby koordynacyjnej (cm. NUMER KOORDYNACJI). Wzrostowi liczby koordynacyjnej zawsze towarzyszy wzrost odległości międzyatomowych. W tym przypadku względna różnica między wartościami promieni atomowych odpowiadających dwóm różnym liczbom koordynacyjnym nie zależy od rodzaju wiązania chemicznego (pod warunkiem, że rodzaj wiązania w strukturach o porównywanych liczbach koordynacyjnych jest taki sam). Zmiana promieni atomowych wraz ze zmianą liczby koordynacyjnej znacząco wpływa na wielkość zmian objętościowych podczas przekształceń polimorficznych. Na przykład, gdy żelazo jest schładzane, jego przemianie z sześciennej modyfikacji skoncentrowanej na twarzy w sześcienną modyfikację skoncentrowaną na ciele zachodzącą w temperaturze 906 ° C powinien towarzyszyć wzrost objętości o 9%, w rzeczywistości wzrost objętości wynosi 0,8% . Wynika to z faktu, że ze względu na zmianę liczby koordynacyjnej z 12 na 8 promień atomowy żelaza zmniejsza się o 3%. Oznacza to, że zmiana promienia atomu podczas transformacji polimorficznych w dużej mierze kompensuje te zmiany objętościowe, które musiałyby wystąpić, gdyby promień atomu się nie zmienił. Promienie atomowe pierwiastków można porównać tylko z tą samą liczbą koordynacyjną.
Promienie atomowe (jonowe) również zależą od rodzaju wiązania chemicznego.
W kryształach z metalicznym wiązaniem (cm. METALOWE POŁĄCZENIE) promień atomowy definiuje się jako połowę odległości międzyatomowej między najbliższymi atomami. W przypadku rozwiązań stałych (cm. SOLIDNE ROZWIĄZANIA) promienie atomów metali różnią się w złożony sposób.
Pod promieniami kowalencyjnymi pierwiastków z wiązaniem kowalencyjnym rozumie się połowę odległości międzyatomowej między najbliższymi atomami połączonymi pojedynczym wiązaniem kowalencyjnym. Cechą promieni kowalencyjnych jest ich stałość w różnych strukturach kowalencyjnych o tych samych liczbach koordynacyjnych. Zatem odległości w pojedynczych wiązaniach C-C w diamencie i węglowodorach nasyconych są takie same i wynoszą 0,154 nm.
Promienie jonowe w substancjach z wiązaniem jonowym (cm. WIĄZANIE JONOWE) nie może być zdefiniowana jako połowa sumy odległości między najbliższymi jonami. Z reguły rozmiary kationów i anionów znacznie się różnią. Ponadto symetria jonów różni się od sferycznej. Istnieje kilka podejść do szacowania wartości promieni jonowych. Na podstawie tych podejść szacowane są promienie jonowe pierwiastków, a następnie promienie jonowe innych pierwiastków są wyznaczane z eksperymentalnie wyznaczonych odległości międzyatomowych.
Promienie Van der Waalsa określają efektywne rozmiary atomów gazu szlachetnego. Ponadto za promienie van der Waalsa uważa się połowę odległości międzyjądrowej między najbliższymi identycznymi atomami, które nie są związane chemicznie, tj. należące do różnych cząsteczek (na przykład w kryształach molekularnych).
Wykorzystując w obliczeniach i konstrukcjach wartości promieni atomowych (jonowych) ich wartości należy przyjmować z tabel budowanych według jednego systemu.
słownik encyklopedyczny. 2009 .
Charakterystyka atomów umożliwiająca przybliżone oszacowanie odległości międzyatomowych (międzyjądrowych) w cząsteczkach i kryształach. Atomy nie mają jednak wyraźnych granic, zgodnie z koncepcjami kwantowymi. mechanika, prawdopodobieństwo znalezienia el n na definicję. odległość od jądra ... ... Encyklopedia fizyczna
Charakterystyki umożliwiające przybliżone oszacowanie odległości międzyatomowych (międzyjądrowych) w cząsteczkach i kryształach. Określono głównie na podstawie danych z analizy strukturalnej rentgenowskiej ... Wielki słownik encyklopedyczny
Efektywna charakterystyka atomów, pozwalająca w przybliżeniu oszacować odległość międzyatomową (międzyjądrową) w cząsteczkach i kryształach. Zgodnie z koncepcjami mechaniki kwantowej atomy nie mają wyraźnych granic, ale prawdopodobieństwo znalezienia elektronu ... ... Encyklopedia chemiczna
Charakterystyka atomów pozwalająca na przybliżone oszacowanie odległości międzyatomowych w substancjach. Według mechaniki kwantowej atom nie ma określonych granic, ale prawdopodobieństwo znalezienia elektronu w określonej odległości od jądra atomu, zaczynając od ... ... Wielka radziecka encyklopedia
Jedną z najważniejszych cech pierwiastków chemicznych biorących udział w tworzeniu wiązania chemicznego jest wielkość atomu (jonu): wraz ze wzrostem siły wiązań międzyatomowych maleje. Rozmiar atomu (jonu) jest zwykle określany przez wartość jego promienia lub średnicy. Ponieważ atom (jon) nie ma wyraźnych granic, pojęcie „promienia atomowego (jonowego)” oznacza, że 90-98% gęstości elektronowej atomu (jonu) znajduje się w sferze o tym promieniu. Znajomość wartości promieni atomowych (jonowych) umożliwia oszacowanie odległości międzyjądrowych w kryształach (czyli struktury tych kryształów), ponieważ dla wielu problemów najkrótsze odległości między jądrami atomów (jonów) można uznać za suma ich promieni atomowych (jonowych), chociaż taka addytywność jest przybliżona i nie we wszystkich przypadkach jest spełniona.
Pod promień atomowy pierwiastek chemiczny (o promieniu jonowym, patrz poniżej), biorący udział w tworzeniu wiązania chemicznego, w ogólnym przypadku zgodził się zrozumieć połowę odległości między jądrami w równowadze między najbliższymi atomami w sieci krystalicznej pierwiastka. Ta koncepcja, dość prosta, jeśli weźmiemy pod uwagę atomy (jony) jako sztywne kule, w rzeczywistości okazuje się skomplikowana i często niejednoznaczna. Promień atomowy (jonowy) pierwiastka chemicznego nie jest wartością stałą, ale zmienia się w zależności od wielu czynników, z których najważniejsze to rodzaj wiązania chemicznego
i numer koordynacyjny.
Jeśli ten sam atom (jon) w różnych kryształach tworzy różne rodzaje wiązań chemicznych, to będzie miał kilka promieni - kowalencyjnych w krysztale z wiązaniem kowalencyjnym; jonowy w krysztale z wiązaniem jonowym; metaliczny w metalu; van der Waalsa w krysztale molekularnym. Wpływ rodzaju wiązania chemicznego można zobaczyć na poniższym przykładzie. W diamencie wszystkie cztery wiązania chemiczne są kowalencyjne i powstają sp 3-hybrydy, czyli wszyscy czterej sąsiedzi danego atomu są na tym samym i
w tej samej odległości od niego d= 1,54 A˚), a kowalencyjny promień węgla w diamencie wyniesie
równa się 0,77 A˚. W krysztale arsenu odległość między atomami związanymi wiązaniami kowalencyjnymi ( d 1 = 2,52 A˚), znacznie mniej niż między atomami związanymi siłami van der Waalsa ( d 2 = 3,12 A˚), więc As będzie miał promień kowalencyjny 1,26 A˚ i van der Waalsa 1,56 A˚ .
Promień atomowy (jonowy) również zmienia się bardzo gwałtownie wraz ze zmianą liczby koordynacyjnej (można to zaobserwować podczas polimorficznych przekształceń pierwiastków). Im mniejsza liczba koordynacyjna, tym mniejszy stopień wypełnienia przestrzeni atomami (jonami) i mniejsze odległości międzyjądrowe. Wzrostowi liczby koordynacyjnej zawsze towarzyszy wzrost odległości międzyjądrowych.
Z powyższego wynika, że promienie atomowe (jonowe) różnych pierwiastków biorących udział w tworzeniu wiązania chemicznego można porównać tylko wtedy, gdy tworzą kryształy, w których realizowany jest ten sam typ wiązania chemicznego, a te pierwiastki w utworzonych kryształach mają te same numery koordynacyjne .
Rozważmy bardziej szczegółowo główne cechy promieni atomowych i jonowych.
Pod promienie kowalencyjne pierwiastków Zwykle rozumie się połowę odległości między jądrami w równowadze między najbliższymi atomami połączonymi wiązaniem kowalencyjnym.
Cechą promieni kowalencyjnych jest ich stałość w różnych „strukturach kowalencyjnych” o tej samej liczbie koordynacyjnej Z j. Ponadto promienie kowalencyjne z reguły są połączone addytywnie ze sobą, to znaczy odległość A-B jest połową sumy odległości A-A i B-B w obecności wiązań kowalencyjnych i tym samym numery koordynacyjne we wszystkich trzech strukturach.
Istnieją promienie kowalencyjne normalne, czworościenne, oktaedryczne, kwadratowe i liniowe.
Normalny promień kowalencyjny atomu odpowiada sytuacji, w której atom tworzy tyle wiązań kowalencyjnych, ile odpowiada jego miejscu w układzie okresowym: dla węgla - 2, dla azotu - 3 itd. Daje to różne wartości promienie normalne w zależności od wielokrotności (porządku) wiązań (pojedyncze wiązanie, podwójne, potrójne). Jeśli wiązanie powstaje, gdy hybrydowe chmury elektronowe nakładają się, to mówi się o czworościennych
(Z k = 4, sp orbitale 3-hybrydowe), oktaedryczny ( Z k = 6, d 2sp orbitale 3-hybrydowe), kwadratowe ( Z k = 4, dsp Orbitale 2-hybrydowe), liniowe ( Z k = 2, sp- orbitale hybrydowe) promienie kowalencyjne.
Warto wiedzieć o promieniach kowalencyjnych (wartości promieni kowalencyjnych dla wielu elementów podano w).
1. Promienie kowalencyjne, w przeciwieństwie do jonowych, nie mogą być interpretowane jako promienie atomów o kulistym kształcie. Promienie kowalencyjne są używane tylko do obliczania odległości między jądrami atomów połączonych wiązaniami kowalencyjnymi i nie mówią nic o odległościach między atomami tego samego typu, które nie są związane kowalencyjnie.
2. Wartość promienia kowalencyjnego jest określona przez wielokrotność wiązania kowalencyjnego. Wiązanie potrójne jest krótsze niż wiązanie podwójne, które z kolei jest krótsze niż wiązanie pojedyncze, więc promień kowalencyjny wiązania potrójnego jest mniejszy niż promień kowalencyjny wiązania podwójnego, który jest mniejszy
pojedynczy. Należy pamiętać, że rząd krotności relacji nie musi być liczbą całkowitą. Może być również ułamkowy, jeśli wiązanie jest rezonansowe (cząsteczka benzenu, związek Mg2Sn, patrz poniżej). W tym przypadku promień kowalencyjny ma wartość pośrednią między wartościami odpowiadającymi rzędom całkowitym krotności wiązań.
3. Jeżeli wiązanie ma charakter mieszany kowalencyjno-jonowy, ale z wysokim stopniem składowej kowalencyjnej wiązania, to można wprowadzić pojęcie promienia kowalencyjnego, ale wpływ składowej jonowej wiązania na jego wartości nie można pominąć. W niektórych przypadkach efekt ten może prowadzić do znacznego zmniejszenia promienia kowalencyjnego, czasami nawet do 0,1 A˚. Niestety próby przewidzenia wielkości tego efektu w różnych
sprawy nie zakończyły się jeszcze sukcesem.
4. Wartość promienia kowalencyjnego zależy od rodzaju orbitali hybrydowych, które biorą udział w tworzeniu wiązania kowalencyjnego.
promienie jonowe Oczywiście nie można zdefiniować jako połowy sumy odległości między jądrami najbliższych jonów, ponieważ z reguły rozmiary kationów i anionów różnią się znacznie. Ponadto symetria jonów może nieco różnić się od sferycznej. Niemniej jednak, dla prawdziwych kryształów jonowych poniżej promień jonowy Zwyczajowo rozumie się promień kuli, który przybliża jon.
Promienie jonowe są używane do przybliżonych szacunków odległości międzyjądrowych w kryształach jonowych. Zakłada się, że odległość między najbliższym kationem a anionem jest równa sumie ich promieni jonowych. Typowy błąd wyznaczania odległości międzyjądrowych w postaci promieni jonowych w takich kryształach wynosi ≈0,01 A˚.
Istnieje kilka systemów promieni jonowych, które różnią się wartościami promieni jonowych poszczególnych jonów, ale prowadzą do w przybliżeniu takich samych odległości międzyjądrowych. Pierwsze prace nad wyznaczeniem promieni jonowych przeprowadził w latach 20. XX wieku V.M. Goldshmit. Autor wykorzystał w nim z jednej strony odległości międzyjądrowe w kryształach jonowych mierzone metodą rentgenowskiej analizy strukturalnej, a z drugiej wartości promieni jonowych F– i O2– określone przez
metoda refraktometrii. Większość innych systemów opiera się również na odległościach międzyjądrowych w kryształach określonych metodami dyfrakcyjnymi oraz na niektórych „referencyjnych” wartościach promienia jonowego danego jonu. W najbardziej znanym systemie
Pauling, ta wartość odniesienia jest promieniem jonowym jonu O2-nadtlenkowego, równym
1,40 A˚. Ta wartość dla O2– dobrze zgadza się z obliczeniami teoretycznymi. W systemie G. B. Bokiyi i N. W. Biełowa, który jest uważany za jeden z najbardziej wiarygodnych, promień jonowy O2– przyjmuje się jako równy 1,36 A˚.
W latach 70. i 80. podjęto próby bezpośredniego wyznaczenia promieni jonów poprzez pomiar gęstości elektronowej za pomocą rentgenowskiej analizy strukturalnej, pod warunkiem, że za granicę jonów przyjmuje się minimum gęstości elektronowej na linii łączącej jądra . Okazało się, że ta bezpośrednia metoda prowadzi do zawyżonych wartości promieni jonowych kationów i niedoszacowania wartości promieni jonowych anionów. Ponadto okazało się, że wartości promieni jonowych wyznaczonych metodą bezpośrednią nie mogą być przenoszone z jednego związku na drugi, a odchylenia od addytywności są zbyt duże. Dlatego takie promienie jonowe nie są wykorzystywane do przewidywania odległości międzyjądrowych.
Warto wiedzieć o promieniach jonowych (w poniższych tabelach podano wartości promieni jonowych według Bokiya i Belova).
1. Promień jonowy dla jonów tego samego pierwiastka zmienia się w zależności od jego ładunku, a dla tego samego jonu zależy od liczby koordynacyjnej. W zależności od liczby koordynacyjnej rozróżnia się promienie jonowe czworościenne i oktaedryczne.
2. Wewnątrz jednego pionowego rzędu, a dokładniej w jednej grupie, okresowo
promienie jonów o tym samym ładunku rosną wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka, ponieważ liczba powłok zajmowanych przez elektrony wzrasta, a tym samym wielkość jonu.
|
Promień, A˚ |
3. Dla dodatnio naładowanych jonów atomów z tego samego okresu promienie jonów gwałtownie maleją wraz ze wzrostem ładunku. Szybki spadek tłumaczy się działaniem dwóch głównych czynników w jednym kierunku: silnego przyciągania „własnych” elektronów przez kation, którego ładunek wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej; wzrost siły oddziaływania kationu z otaczającymi go anionami wraz ze wzrostem ładunku kationu.
|
Promień, A˚ |
4. Dla ujemnie naładowanych jonów atomów z tego samego okresu promienie jonów rosną wraz ze wzrostem ładunku ujemnego. Dwa czynniki omówione w poprzednim akapicie działają w tym przypadku w przeciwnych kierunkach, a dominuje czynnik pierwszy (wzrostowi ładunku ujemnego anionu towarzyszy wzrost jego promienia jonowego), a zatem wzrost promieni jonowych z wzrost ładunku ujemnego następuje znacznie wolniej niż spadek w poprzednim przypadku.
|
Promień, A˚ |
5. Dla tego samego pierwiastka, to znaczy o tej samej początkowej konfiguracji elektronicznej, promień kationu jest mniejszy niż promień anionu. Wynika to ze zmniejszenia przyciągania zewnętrznych „dodatkowych” elektronów do jądra anionu i zwiększenia efektu ekranowania przez elektrony wewnętrzne (kation ma brak elektronów, podczas gdy anion ma nadmiar).
|
Promień, A˚ |
6. Rozmiary jonów o tym samym ładunku są zgodne z okresowością układu okresowego. Jednak wartość promienia jonowego nie jest proporcjonalna do ładunku jądra Z, co wynika z silnego przyciągania elektronów przez jądro. Ponadto lantanowce i aktynowce, w których szeregach promienie atomów i jonów o tym samym ładunku nie rosną, lecz maleją wraz ze wzrostem liczby atomowej (tzw. skrócenie lantanowców i skrócenie aktynowców), stanowią wyjątek od okresowej zależności .11
11 Skurcz lantanowców i aktynowców wynikają z faktu, że w lantanowcach i aktynowcach elektrony dodawane wraz ze wzrostem liczby atomowej wewnętrzne d oraz f-powłoki o głównej liczbie kwantowej mniejszej niż główna liczba kwantowa danego okresu. Jednocześnie zgodnie z obliczeniami mechaniki kwantowej w d a szczególnie w f stanów, elektron jest znacznie bliżej jądra niż in s oraz p stany danego okresu o dużej liczbie kwantowej, zatem d oraz f-elektrony znajdują się w wewnętrznych obszarach atomu, chociaż wypełnianie tych stanów elektronami (mówimy o poziomach elektronowych w przestrzeni energetycznej) zachodzi inaczej.
metalowe promienie są uważane za równe połowie najkrótszej odległości między jądrami atomów w krystalizującej strukturze pierwiastka metalowego. Zależą od numeru koordynacyjnego. Jeśli weźmiemy metaliczny promień dowolnego pierwiastka w Z k \u003d 12 na jednostkę, a następnie z Z k = 8, 6 i 4 promienie metaliczne tego samego pierwiastka wyniosą odpowiednio 0,98; 0,96; 0,88. Promienie metaliczne mają właściwość addytywności. Znajomość ich wartości pozwala w przybliżeniu przewidzieć parametry sieci krystalicznych związków międzymetalicznych.
Promienie atomowe metali charakteryzują się następującymi cechami (dane dotyczące wartości promieni atomowych metali można znaleźć w).
1. Metaliczne promienie atomów metali przejściowych są na ogół mniejsze niż metaliczne promienie atomów metali nieprzejściowych, co odzwierciedla większą siłę wiązania w metalach przejściowych. Ta cecha wynika z faktu, że metale grup przejściowych i metale najbliższe im w układzie okresowym mają elektronowe d-powłoki i elektrony w d-stany mogą brać udział w tworzeniu wiązania chemicznego. Wzmocnienie wiązania może częściowo wynikać z pojawienia się kowalencyjnego składnika wiązania, a częściowo z oddziaływania van der Waalsa rdzeni jonowych. Na przykład w kryształach żelaza i wolframu elektrony in d-państwa wnoszą znaczący wkład w energię wiążącą.
2. W ramach jednej grupy pionowej, w miarę przesuwania się od góry do dołu, promienie atomowe metali zwiększają się, co wynika z sekwencyjnego wzrostu liczby elektronów (zwiększa się liczba powłok zajmowanych przez elektrony).
3. W ciągu jednego okresu, a dokładniej, zaczynając od metalu alkalicznego do środka grupy metali przejściowych, w kierunku od lewej do prawej, zmniejszają się promienie metali atomowych. W tej samej kolejności wzrasta ładunek elektryczny jądra atomowego i wzrasta liczba elektronów w powłoce walencyjnej. Wraz ze wzrostem liczby elektronów wiążących na atom wzmacnia się wiązanie metaliczne, a jednocześnie na skutek wzrostu ładunku jądra zwiększa się przyciąganie elektronów rdzeniowych (wewnętrznych) przez jądro, więc maleje wartość metalicznego promienia atomowego.
4. Metale przejściowe grup VII i VIII z tego samego okresu w pierwszym przybliżeniu mają prawie takie same promienie metali. Podobno jeśli chodzi o elementy, które mają 5 lub więcej d-elektrony, wzrost ładunku jądrowego i związane z nim efekty przyciągania elektronów rdzenia, prowadzące do zmniejszenia promienia metalicznego atomu, są kompensowane przez efekty wywołane wzrostem liczby elektronów w atomie (jonie), które nie uczestniczą w tworzeniu wiązania metalicznego i prowadzą do wzrostu promienia metalicznego (zwiększenia liczby stanów zajmowanych przez elektrony).
5. Wzrost promieni (patrz pkt 2) dla pierwiastków przejściowych, który występuje podczas przejścia z czwartego do piątego okresu, nie jest obserwowany dla pierwiastków przejściowych w
przejście z piątego do szóstego okresu; metaliczne promienie atomów odpowiednich (porównania w pionie) pierwiastków w tych dwóch ostatnich okresach są prawie takie same. Najwyraźniej wynika to z faktu, że znajdujące się między nimi elementy są uzupełnione stosunkowo głęboką f-shell, więc wzrost ładunku jądra i związane z nim efekty przyciągania okazują się bardziej znaczące niż efekty związane ze wzrostem liczby elektronów (skurcz lantanowców).
|
Żywioł z 4 okresów |
Promień, A˚ |
Element z okresu 5 |
Promień, A˚ |
Element z okresu 6 |
Promień, A˚ |
6. Zwykle promienie metaliczne są znacznie większe niż promienie jonowe, ale nie różnią się tak znacząco od promieni kowalencyjnych tych samych pierwiastków, chociaż bez wyjątku są większe niż promienie kowalencyjne. Dużą różnicę wartości promieni atomowych metalicznych i jonowych tych samych pierwiastków tłumaczy się tym, że wiązanie, które zawdzięcza swoje pochodzenie niemal swobodnym elektronom przewodzącym, nie jest silne (stąd obserwowane stosunkowo duże odległości międzyatomowe w metalowa krata). Znacznie mniejszą różnicę w wartościach promieni metalicznych i kowalencyjnych tych samych pierwiastków można wytłumaczyć, jeśli weźmiemy pod uwagę wiązanie metaliczne jako jakieś specjalne „rezonansowe” wiązanie kowalencyjne.
Pod promień van der Waalsa Zwykle rozumie się połowę odległości między jądrami w stanie równowagi między najbliższymi atomami połączonymi wiązaniem van der Waalsa. Promienie Van der Waalsa określają efektywne rozmiary atomów gazu szlachetnego. Ponadto, jak wynika z definicji, promień atomowy van der Waalsa można uznać za połowę odległości międzyjądrowej między najbliższymi atomami o tej samej nazwie, połączonymi wiązaniem van der Waalsa i należącymi do różnych cząsteczek (np. kryształy molekularne). Gdy atomy zbliżają się do siebie na odległość mniejszą niż suma ich promieni van der Waalsa, następuje silne odpychanie międzyatomowe. Dlatego promienie atomowe van der Waalsa charakteryzują minimalne dopuszczalne kontakty atomów należących do różnych cząsteczek. Dane dotyczące wartości promieni atomowych van der Waalsa dla niektórych atomów można znaleźć w).
Znajomość promieni atomowych van der Waalsa umożliwia określenie kształtu cząsteczek i ich upakowania w kryształach molekularnych. Promienie van der Waalsa są znacznie większe niż wszystkie promienie tych samych elementów wymienionych powyżej, co tłumaczy się słabością sił van der Waalsa.
Jony atomowe; mają znaczenie promieni sfer reprezentujących te atomy lub jony w cząsteczkach lub kryształach. Promienie atomowe umożliwiają przybliżenie odległości międzyjądrowych (międzyatomowych) w cząsteczkach i kryształach.
Gęstość elektronowa izolowanego atomu gwałtownie spada wraz ze wzrostem odległości od jądra, tak że promień atomu można zdefiniować jako promień kuli, w której główna część (na przykład 99%) gęstości elektronowej jest stężony. Jednak do oszacowania odległości międzyjądrowych wygodniejsze okazało się zinterpretowanie promieni atomowych w inny sposób. Doprowadziło to do różnych definicji i systemów promieni atomowych.
Promień kowalencyjny atomu X jest zdefiniowany jako połowa długości prostego wiązania chemicznego X-X. Tak więc dla halogenów promienie kowalencyjne są obliczane z odległości równowagowej między jądrami w cząsteczce X 2, dla siarki i selenu - w cząsteczkach S 8 i Se 8, dla węgla - w krysztale diamentu. Wyjątkiem jest atom wodoru, dla którego przyjmuje się, że promień kowalencyjny atomu wynosi 30 pm, podczas gdy połowa odległości międzyjądrowej w cząsteczce H2 wynosi 37 pm. W przypadku związków z wiązaniem kowalencyjnym z reguły spełniona jest zasada addytywności (długość wiązania X–Y jest w przybliżeniu równa sumie promieni atomowych atomów X i Y), co umożliwia przewidywanie długości wiązań w cząsteczkach wieloatomowych.
Promienie jonowe definiuje się jako wartości, których suma dla pary jonów (na przykład X + i Y -) jest równa najkrótszej odległości międzyjądrowej w odpowiednich kryształach jonowych. Istnieje kilka systemów promieni jonowych; układy różnią się wartościami liczbowymi dla poszczególnych jonów, w zależności od tego, który promień i który jon jest traktowany jako podstawa do obliczania promieni innych jonów. Na przykład, według Paulinga, jest to promień jonu O 2 , wzięty równy 140 pm; według Shannona - promień tego samego jonu, wzięty równy 121 pm. Pomimo tych różnic różne systemy obliczania odległości międzyjądrowych w kryształach jonowych prowadzą do w przybliżeniu takich samych wyników.
Promienie metaliczne definiuje się jako połowę najkrótszej odległości między atomami w sieci krystalicznej metalu. W przypadku konstrukcji metalowych różniących się rodzajem wypełnienia promienie te są różne. Bliskość wartości promieni atomowych różnych metali często służy jako wskazówka możliwości tworzenia stałych roztworów przez te metale. Addytywność promieni umożliwia przewidywanie parametrów sieci krystalicznych związków międzymetalicznych.
Promienie Van der Waalsa definiuje się jako wielkości, których suma jest równa odległości, do której mogą zbliżyć się dwa chemicznie niepowiązane atomy różnych cząsteczek lub różne grupy atomów tej samej cząsteczki. Średnio promienie van der Waalsa są o około 80 pm większe niż promienie kowalencyjne. Promienie Van der Waalsa są wykorzystywane do interpretacji i przewidywania stabilności konformacji molekularnych oraz strukturalnego uporządkowania cząsteczek w kryształach.
Lit.: Housecroft K., Constable E. Nowoczesny kurs chemii ogólnej. M., 2002. T. 1.
