רדיוס אטומי: כיצד נמדד, כיצד הוא משתנה ודוגמאות - כִּימִיָה - 2025

הרדיוס האטומי הוא פרמטר חשוב עבור המאפיינים המחזוריים של היסודות של הטבלה המחזורית. זה קשור ישירות לגודל האטומים, מכיוון שככל שהרדיוס גדול יותר, הם גדולים יותר או גדולים יותר. באופן דומה, זה קשור למאפיינים האלקטרוניים שלהם.

ככל שיש לאלקטרונים יותר אלקטרונים, כך גודלו האטומי ורדיוס גדולים יותר. שניהם מוגדרים על ידי האלקטרונים של מעטפת הערכיות, מכיוון שבמרחקים מעבר למסלולם, ההסתברות למצוא אלקטרון מתקרבת לאפס. ההפך מתרחש בסביבת הגרעין: ההסתברות למצוא אלקטרון עולה.

מקור: Pexels

התמונה העליונה מייצגת אריזת כדורי כותנה. שימו לב שכל אחד מהם מוקף על ידי שישה שכנים, ואינם סופרים עוד שורה עליונה או תחתונה אפשרית. אופן הדחיסה של כדורי הכותנה יגדיר את הגדלים שלהם ולכן הרדיוסים שלהם; בדיוק כמו עם אטומים.

היסודות על פי טבעם הכימי מקיימים אינטראקציה עם האטומים שלהם בדרך זו או אחרת. כתוצאה מכך, עוצמת הרדיוס האטומי משתנה בהתאם לסוג הקשר הקיים והאריזה המוצקה של האטומים שלו.

כיצד נמדד הרדיוס האטומי?

מקור: גבריאל בוליבר

בתמונה הראשית, זה יכול להיות קל למדוד את קוטר כדורי הכותנה, ואז לחלק אותו לשניים. עם זאת, תחום האטום אינו מוגדר במלואו. למה? מכיוון שאלקטרונים מסתובבים ומתפזרים באזורים ספציפיים בחלל: האורביטלים.

לפיכך ניתן לראות באטום ככדור בעל קצוות בלתי ניתנים לפלטה, שאי אפשר לומר בוודאות עד כמה הם נגמרים. לדוגמה, בתמונה למעלה, אזור המרכז, קרוב לגרעין, מראה צבע עז יותר, בעוד שוליו מטושטשים.

התמונה מייצגת מולקולת E ₂ דיאטומית (כמו Cl ₂ , H ₂ , O ₂ וכו '). בהנחה שהאטומים הם גופים כדוריים, אם נקבע המרחק d המפריד בין שני הגרעינים בקשר הקוונטי, אז די היה לחלק אותו לשני חצאים (d / 2) כדי להשיג את הרדיוס האטומי; ליתר דיוק, הרדיוס הקוואלינטי של E עבור E ₂ .

מה אם E לא היה יוצר קשרים קוולנטיים עם עצמו, אלא היה במקום זאת אלמנט מתכתי? ואז מסומן d על ידי מספר השכנים המקיפים את E במבנה המתכתי; כלומר לפי מספר התיאום (NC) של האטום בתוך האריזה (זכרו את כדורי הכותנה בתמונה הראשית).

קביעת המרחק הבין-גרעיני

כדי לקבוע d, שהוא המרחק הבין-גרעיני לשני אטומים במולקולה או באריזה, דורש טכניקות ניתוח פיזיות.

אחד השכיחים הנפוצים ביותר הוא דיפרקציה בצילום רנטגן, בו קרן אור מוקרנת דרך גביש, ונבדקת דפוס ההפרדה הנובע מהאינטראקציה בין אלקטרונים לקרינה אלקטרומגנטית. בהתאם לאריזה ניתן להשיג דפוסי דיפרקציה שונים ולכן ערכים אחרים של ד.

אם האטומים "הדוקים" בסריג הגביש, הם יציגו ערכים שונים של d לעומת מה שהיה להם אם הם היו "נוחים". כמו כן, המרחקים הבין-גרעיניים הללו עשויים לנוע בערכים, כך שהרדיוס האטומי הוא למעשה ערך ממוצע של מדידות כאלה.

כיצד קשורים הרדיוס האטומי ומספר התיאום? ו. גולדשמידט קבע מערכת יחסים בין השניים, כאשר עבור NC של 12, הערך היחסי הוא 1; 0.97 לאריזה שבה האטום הוא NC השווה ל 8; 0.96, עבור NC שווה ל 6; ו 0.88 עבור NC של 4.

יחידות

החל מהערכים עבור NC השווים ל- 12, רבים מהטבלאות נבנו במקום בו משווים בין הרדיוסים האטומיים של כל האלמנטים בטבלה המחזורית.

מכיוון שלא כל האלמנטים יוצרים מבנים קומפקטיים כאלה (NC פחות מ -12), הקשר V. גולדשמידט משמש לחישוב הרדיוסים האטומיים שלהם ולביטוים לאותה אריזה. באופן זה, מדידות הרדיוס האטומי הן סטנדרטיות.

אבל באילו יחידות הם באים לידי ביטוי? מכיוון ש d הוא בסדר גודל קטן מאוד, יש לפנות ליחידות של האנגסטרום Å (10 - 10 - ¹⁰ מ ') או גם בשימוש נרחב, הפיקומטר (10 - 10 - ¹² מ').

איך זה משתנה בטבלה המחזורית?

לאורך תקופה

רדיוסים אטומיים שנקבעו עבור יסודות מתכתיים נקראים רדיוסים מתכתיים, ואילו עבור אלמנטים לא מתכתיים, רדיוסים קוולנטיים (כמו זרחן, P ₄ , או גופרית, S ₈ ). עם זאת, בין שני סוגי החישורים יש הבחנה בולטת יותר מזו של השם.

משמאל לימין באותה תקופה, הגרעין מוסיף פרוטונים ואלקטרונים, אך האחרונים מוגבלים לאותה רמת אנרגיה (מספר הקוונטים העיקרי). כתוצאה מכך, הגרעין מפעיל מטען גרעיני יעיל והולך על האלקטרונים בערביות, המתכווץ לרדיוס האטומי.

באופן זה, אלמנטים לא מתכתיים באותה תקופה נוטים להיות בעלי רדיוסים אטומיים קטנים יותר (קוולנטים) מאשר מתכות (רדיוסים מתכתיים).

יורד דרך קבוצה

כשאתה יורד דרך קבוצה, מאפשרות רמות אנרגיה חדשות המאפשרות לאלקטרונים מקום רב יותר. כך, ענן האלקטרונים מכסה מרחקים גדולים יותר, הפריפריה המטושטשת שלו בסופו של דבר מתרחקת מהגרעין, ולכן הרדיוס האטומי מתרחב.

התכווצות לנטניד

האלקטרונים במעטפת הפנימית מסייעים בהגנה על המטען הגרעיני היעיל על האלקטרונים הערכיים. כאשר האורביטלים המרכיבים את הקליפות הפנימיות הם בעלי "חורים" רבים (צמתים), כפי שקורה עם האורביטלים f, הגרעין מתכווץ בחוזקה לרדיוס האטומי בגלל השפעתם המסוכנת הגרועה.

עובדה זו מעידה בהתכווצות הלנטניד בתקופה 6 של הטבלה המחזורית. מלה עד Hf יש התכווצות ניכרת של הרדיוס האטומי כתוצאה מהאורביטלים f, אשר "מתמלאים" ככל שחוצה את גוש ה- F: זה של הלנטנואידים והאקטינואידים.

ניתן לראות אפקט דומה גם עם יסודות בלוק הרשות מתקופה 4. הפעם, כתוצאה מהשפעת המיגון החלשה של האורביטלים d שמתמלאים כאשר עוברים בתקופות מתכת המעבר.

דוגמאות

לתקופה 2 בטבלה המחזורית, הרדיוסים האטומיים של יסודותיו הם:

-לי: 257 בערב

-ב: 112 בערב

-ב: 88 בערב

-ג: 77 בערב

-נ: 74 בערב

-O: 66 בערב

-F: 64 בערב

שימו לב שלמתכת ליתיום יש את הרדיוס האטומי הגדול ביותר (257 בערב), ואילו פלואור, שנמצא בקצה הימני של התקופה, הוא הקטן מכולם (64 בערב). הרדיוס האטומי יורד משמאל לימין באותה תקופה, והערכים הרשומים מוכיחים זאת.

ליתיום, כאשר יוצרים קשרים מתכתיים, הרדיוס שלו הוא מתכתי; ופלואור, כאשר הוא יוצר קשרים קוולנטיים (FF), הרדיוס שלו הוא קוולנטי.

מה אם אתה רוצה לבטא את הרדיוסים האטומיים ביחידות אנגסטרום? פשוט חלק אותם ב 100: (257/100) = 2.57 Å. וכן הלאה עם שאר הערכים.

הפניות

1. כימיה 301. רדיוסים אטומיים. התאושש מ: ch301.cm.utexas.edu
2. קרן CK-12. (2016, 28 ביוני). רדיוס אטומי. התאושש מ: chem.libretexts.org
3. מגמות ברדיוסים אטומיים. נלקח מ: intro.chem.okstate.edu
4. מכללת קהילת קלקמה. (2002). גודל אטומי. התאושש מ: dl.clackamas.edu
5. קלארק ג'יי (אוגוסט 2012). רדיוס אטומי ויוני. התאושש מ: chemguide.co.uk
6. שיבר ואטקינס. (2008). כימיה אורגנית. (מהדורה רביעית. עמ '23, 24, 80, 169). מק גריי היל.