נפח אטומי: כיצד הוא משתנה בטבלה המחזורית ובדוגמאות - כִּימִיָה - 2025

נפח אטום הוא ערך יחסים המציין את היחס בין המסה הטוחנת של אלמנט והצפיפות שלה. אז נפח זה תלוי בצפיפות האלמנט, והצפיפות תלויה בתורו בשלב ובאופן בו מסודרים האטומים בתוכו.

אז הנפח האטומי של יסוד Z אינו זהה בשלב אחר מזה שהוא מציג בטמפרטורת החדר (נוזל, מוצק או גזי), או כאשר הוא חלק מתרכובות מסוימות. לפיכך, הנפח האטומי של Z בתרכובת ZA שונה מזה של Z בתרכובת ZB.

למה? כדי להבין זאת, יש להשוות אטומים עם גולות למשל. לגולות, כמו הכחלחלות שבתמונה למעלה, יש גבול חומרי מאוד מוגדר, שניתן לראות בזכות פני השטח המבריקים שלהם. לעומת זאת, גבול האטומים הוא מפוזר, אם כי הם יכולים להיחשב כדורי מרחוק.

אם כן, מה שקובע נקודה שמעבר לגבול האטומי הוא ההסתברות האפסית למצוא אלקטרון, ונקודה זו עשויה להיות רחוקה יותר או קרובה יותר לגרעין, תלוי בכמה האטומים השכנים אינטראקציה סביב האטום הנבדק.

נפח אטומי ורדיוס

כאשר שני האטומים מקיימים אינטראקציה בין מולקולת H H _לשניים , עמדות מרכזיהם מוגדרות כמרחקים בין אלה (מרחקים בין-גרעיניים). אם שני האטומים הם כדוריים, הרדיוס הוא המרחק בין הגרעין לגבול המטושטש:

בתמונה למעלה תוכלו לראות כיצד ההסתברות למצוא אלקטרון פוחתת כשהוא מתרחק מהגרעין. ואז מחלקים את המרחק הבין-גרעיני על ידי שניים, מתקבל הרדיוס האטומי. בשלב הבא, בהנחה של גיאומטריה כדורית עבור האטומים, הנוסחה משמשת לחישוב נפח הכדור:

V = (4/3) (Pi) r ³

בביטוי זה r הוא הרדיוס האטומי שנקבע למולקולת H ₂ . הערך של V המחושב על ידי שיטה לא מדויקת זו עשוי להשתנות אם, למשל, H ₂ נחשב במצב הנוזלי או המתכתי. עם זאת, שיטה זו אינה מדויקת מאוד מכיוון שצורות האטומים רחוקות מאוד מהתחום האידיאלי באינטראקציות שלהם.

כדי לקבוע את הנפחים האטומיים במוצקים, נלקחים בחשבון משתנים רבים הנוגעים לסידור ואשר מתקבלים על ידי מחקרי דיפרקציה של רנטגן.

נוסחה נוספת

המסה הטוחנית מבטאת את כמות החומר שיש בה שומה של אטומים של יסוד כימי.

היחידות שלה הן g / mol. מצד שני, הצפיפות היא הנפח שגרם מהיסוד תופס: g / mL. מכיוון שיחידות הנפח האטומי הן מ"ל / מול, עלינו לשחק עם המשתנים כדי להגיע ליחידות הרצויות:

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

או מה אותו הדבר:

(מסה טוחנת) (1 / D) = V

(מסת טוחנת / D) = V

לפיכך, ניתן לחשב בקלות את נפח השומה האטומים של אלמנט; בעוד שנוסחת הנפח הכדורית מחשבת את נפח האטום הבודד. כדי להגיע לערך זה מהראשון, יש צורך בהמרה דרך המספר של Avogadro (6.02 · ^10-23 ).

במה משתנה נפח האטום בטבלה המחזורית?

אם האטומים נחשבים כדורי, אז השונות שלהם תהיה זהה לזו שנצפתה ברדיוסים אטומיים. בתמונה למעלה, המציגה אלמנטים מייצגים, מודגם שמימין לשמאל האטומים הולכים ומתמעטים; במקום זאת, מלמעלה למטה הם הופכים לנפוחים יותר.

הסיבה לכך היא שבאותה תקופה הגרעין משלב פרוטונים בזמן שהוא נע ימינה. פרוטונים אלה מפעילים כוח אטרקטיווי על האלקטרונים החיצוניים, אשר חשים Z מטען גרעיני יעיל _EF , פחות Z. המטען הגרעיני האמיתי

האלקטרונים של הקליפות הפנימיות דוחים את אלה של הקליפה החיצונית, ומפחיתים את השפעת הגרעין עליהם; זה מכונה אפקט המסך. באותה תקופה, אפקט המסך אינו יכול לסתור את העלייה במספר הפרוטונים, כך שהאלקטרונים במעטפת הפנימית אינם מונעים את התכווצות האטומים.

עם זאת, הירידה לקבוצה מאפשרת רמות אנרגיה חדשות, המאפשרות אלקטרונים למסלול רחוק יותר מהגרעין. באופן דומה, מספר האלקטרונים במעטפת הפנימית גדל, אשר השפעות המגן שלו מתחילות להיות מופחתות אם הגרעין מוסיף שוב פרוטונים.

מסיבות אלה מובן כי בקבוצה 1A יש את האטומים הנפוחים ביותר, בניגוד לאטומים הקטנים בקבוצה 8A (או 18), זו של הגזים האצילים.

נפחים אטומיים של מתכות מעבר

אטומי המתכת המעבר משלבים אלקטרונים בתוך האורביטלים הפנימיים. עלייה זו באפקט המסך, כמו גם במטען הגרעיני האמיתי Z, מבטלת כמעט באותה מידה, כך שהאטומים שלהם שומרים על גודל דומה באותה תקופה.

במילים אחרות: בתקופה אחת מתכות מעבר מציגות נפחים אטומים דומים. עם זאת, ההבדלים הקטנים הללו הם משמעותיים ביותר בעת הגדרת גבישים מתכתיים (כאילו היו גולות מתכתיות).

דוגמאות

שתי נוסחאות מתמטיות זמינות לחישוב נפח האטום של יסוד, לכל אחת מהן הדוגמאות המתאימות.

דוגמא 1

בהתחשב ברדיוס האטומי של מימן -37 בערב (1 פיקומטר = 10 ^-12 מ ') - וצזיום -265 בערב, חשב את נפח האטום שלהם.

בעזרת נוסחת הנפח הכדורית יש לנו:

V _H = (4/3) (3.14) (37 בערב) ³ = 212.07 pm ³

V _Cs = (4/3) (3.14) (265 pm) ³ = 77912297.67 pm ³

עם זאת, נפחים אלה הבאים לידי ביטוי בפיקומטרים הם מופקעים, ולכן הם הופכים ליחידות של אנגסטרומים, מכפילים אותם על ידי גורם ההמרה (1/100 בערב) ³ :

(212.07 בערב ³ ) (01:00 / 100 בערב) ³ = 2.1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297.67 אחר הצהריים ³ ) (13:00 / 100 בערב) ³ = 77.912 Å ³

אם כן, ניתן להבחין במספרים בהבדלי הגודל בין אטום H הקטן לבין אטום ה- Cs המגושם. יש לציין כי חישובים אלה הם רק קירובים תחת הקביעה כי אטום הוא כדורי לחלוטין, הנודד אל מול המציאות.

דוגמא 2

צפיפות הזהב הטהור היא 19.32 גר '/ מ"ל ​​והמסה הטוחנית שלו היא 196.97 גרם / מול. החלת הנוסחה M / D לחישוב נפח שומה של אטומי זהב, מתקבל הבא:

V _Au = (196.97 גרם / מול) / (19.32 גרם / מ"ל) = 10.19 ml / mol

כלומר, 1 מול אטומי זהב תופסת 10.19 מ"ל, אבל איזה נפח אטום זהב תופס במיוחד? ואיך לבטא זאת ביחידות של ^שלוש בערב ? לשם כך, פשוט החל את גורמי ההמרה הבאים:

(10.19 מ"ל / מול) · (מול / 6.02 · ^10-23 אטומים) · (1 מ '/ 100 ס"מ) ³ · (13:00 / 10 ^-12 מ') ³ = 16.92 · 10 ⁶ בערב ³

מצד שני, רדיוס האטום של זהב הוא 166 בערב. אם משווים את שני הנפחים - זה שמתקבל בשיטה הקודמת וזה מחושב עם נוסחת הנפח הכדורית - נמצא כי אין להם אותו ערך:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 בערב) ³ = 19.15 · 10 ⁶ בערב ³

מי מהשניים הכי קרוב לערך המקובל? זו הקרובה ביותר לתוצאות הניסוי שהתקבלו על ידי דיפרקציה של רנטגן של מבנה הגביש של זהב.

הפניות

1. הלמנסטין, אן מארי, דוקטורט. (9 בדצמבר 2017). הגדרת נפח אטומי. הוחזר ב- 6 ביוני 2018 מ: thoughtco.com
2. מייפייר, אנדרו. (13 במרץ, 2018). כיצד לחשב את נפח האטום. מדע. הוחזר ב- 6 ביוני 2018 מ: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). עקומות נפח אטומי של לות'ר מאייר. הוחזר ב -6 ביוני 2018 מ: wonderwhizkids.com
4. לומן. מגמות תקופתיות: רדיוס אטומי. הוחזר ב- 6 ביוני 2018 מ: Courses.lumenlearning.com
5. קמילו ג'י דרפיץ '. נפח אטומי וצפיפות. הוחזר ב- 6 ביוני 2018, מ: es-puraquimica.weebly.com
6. וויטן, דייויס, פק וסטנלי. כִּימִיָה. (מהדורה 8). לימוד CENGAGE, עמ '222-224.
7. קרן CK-12. (22 בפברואר 2010). גודל אטומי השוואתי. . הוחזר ב- 06 ביוני 2018 מ: commons.wikimedia.org
8. קרן CK-12. (22 בפברואר 2010). רדיוס אטומי של H ₂ . . הוחזר ב- 06 ביוני 2018 מ: commons.wikimedia.org