Какъв е радиусът на атома. Атомен радиус: какво е това и как да се определи

Определянето на атомните радиуси също включва някои проблеми.Първо, атомът не е сфера със строго определена повърхност и радиус. Спомнете си, че атомът е ядро, заобиколено от облак от електрони. Вероятността за откриване на електрон с разстояние от ядрото постепенно нараства до определен максимум и след това постепенно намалява, но става равна на нула само на безкрайно голямо разстояние. Второ, ако все пак изберем някакво условие за определяне на радиуса, такъв радиус все още не може да бъде измерен експериментално.

Експериментът дава възможност да се определят само междуядрените разстояния, с други думи дължините на връзките (и дори тогава с известни резерви, дадени в надписа към фиг. 2.21). За определянето им се използва рентгенов дифракционен анализ или метод на електронна дифракция (базиран на електронна дифракция). Приема се, че радиусът на атома е равен на половината от най-малкото междуядрено разстояние между еднакви атоми.

Радиуси на Ван дер Ваалс. За несвързаните атоми половината от най-малкото междуядрено разстояние се нарича радиус на Ван дер Ваалс. Това определение е илюстрирано на фиг. 2.22.

Ориз. 2.21. Дължина на връзката. Поради факта, че молекулите непрекъснато вибрират, междуядреното разстояние или дължината на връзката няма фиксирана стойност. Тази фигура изобразява схематично линейната вибрация на проста двуатомна молекула. Вибрациите правят невъзможно определянето на дължината на връзката просто като разстоянието между центровете на два свързани атома. По-точно определение изглежда така: дължината на връзката е разстоянието между свързаните атоми, измерено между центровете на масата на два атома и съответстващо на минималната енергия на връзката. Минималната енергия е показана на кривата на Морз (виж фиг. 2.1).

Таблица 2.6. Плътности на въглеродни и серни алотропи Таблица 2.7. Дължина на връзката въглерод-въглерод

ковалентни радиуси.Ковалентният радиус се определя като половината от междуядреното разстояние (дължината на връзката) между два идентични атома, свързани един с друг чрез ковалентна връзка.(Фиг. 2.22, b). Като пример, нека вземем молекула хлор Cl2 с дължина на връзката 0,1988 nm. Приема се, че ковалентният радиус на хлора е 0,0944 nm.

Познавайки ковалентния радиус на атом от един елемент, човек може да изчисли ковалентния радиус на атом от друг елемент. Например, експериментално установената стойност на дължината на C-Cl връзката в CH3Cl е 0,1767 nm. Като извадим от тази стойност ковалентния радиус на хлора (0,0994 nm), намираме, че ковалентният радиус на въглерода е 0,0773 nm. Този метод на изчисление се основава на принципа на адитивността, според който атомните радиуси се подчиняват на прост закон за добавяне. По този начин дължината на C-Cl връзката е сумата от ковалентните радиуси на въглерода и хлора. Принципът на адитивност се прилага само за простите ковалентни връзки. Двойните и тройните ковалентни връзки са по-къси (Таблица 2.7).

Проста дължина ковалентна връзкасъщо зависи от неговата среда в молекулата. Например дължина C-H връзкиварира от 0.1070 nm при тризаместения въглероден атом до 0.115 nm в CH3CN съединението.

метални радиуси. Приема се, че металният радиус е равен на половината от междуядреното разстояние между съседните йони кристална решеткаметал (фиг. 2.22, c). Терминът атомен радиус обикновено се отнася до ковалентния радиус на атомите на неметалните елементи, а терминът метален радиус се отнася до атомите на металните елементи.

Йонни радиуси. Йонният радиус е една от двете части на междуядреното разстояние между съседни едноатомни (прости) йони в кристално йонно съединение (сол).Определянето на йонния радиус също е свързано със значителни проблеми, тъй като междуйонните разстояния се измерват експериментално, а не самите йонни радиуси. Междуйонните разстояния зависят от опаковането на йони в кристалната решетка. На фиг. 2.23 показва три възможни начина за опаковане на йони в кристална решетка. За съжаление, експериментално измерените междуйонни разстояния

Ориз. 2.23. Йонни радиуси, c-анионите са в контакт един с друг, но катионите не са в контакт с аниони; b-катионите са в контакт с аниони, но анионите не са в контакт помежду си; в условно прието подреждане на йони, при което катионите са в контакт с аниони, а анионите са в контакт помежду си. Разстоянието a се определя експериментално. Приема се като два пъти радиуса на аниона. Това дава възможност да се изчисли междуионното разстояние b, което е сумата от анионните и катионните радиуси. Познавайки междуионното разстояние b, може да се изчисли радиусът на катиона.

не ни позволяват да преценим кой от тези три метода на опаковане действително се извършва във всеки отделен случай. Проблемът е да се намери пропорцията, в която междуйонното разстояние трябва да бъде разделено на две части, съответстващи на радиусите на двата йона, с други думи, да се реши къде всъщност свършва единият йон и къде започва другият. Както е показано например на фиг. 2.12, картите на електронната плътност на солите също не позволяват решаването на този проблем. За да се преодолее тази трудност, обикновено се приема, че: 1) междуйонното разстояние е сумата от два йонни радиуса, 2) йоните са сферични и 3) съседните сфери са в контакт една с друга. Последното предположение съответства на метода за опаковане на йони, показан на фиг. 2.23д Ако е известен един йонен радиус, други йонни радиуси могат да бъдат изчислени въз основа на принципа на адитивността.

Съвпадение на радиуса различни видове. В табл. 2.8 показва стойностите на радиусите от различни типове за трите елемента от третия период. Лесно е да се види, че най-големите стойности принадлежат на радиусите на анион и ван дер Ваалс.На фиг. 11.9 сравнява размерите на йони и атоми за всички елементи от третия период, с изключение на аргона. Размерите на атомите се определят от техните ковалентни радиуси. Трябва да се отбележи, че катионите са по-малки от атомите, а анионите са по-големи от атомите на същите елементи. За всеки елемент от всички видове радиуси най-малката стойност винаги принадлежи на катионния радиус.

Таблица 2.8. Сравнение на атомни радиуси от различни видове

Експериментална дефиниция.Използват се различни експериментални методи за определяне на формата на прости молекули и многоатомни йони, или по-скоро дължини на връзките и ъгли на връзката (ъгли между връзките). Те включват микровълнова спектроскопия, както и методи за изследване на дифракцията на рентгенови лъчи (рентгенов дифракционен анализ), неутрони (неутронография) или електрони (електронография). Следващата глава подробно описва как кристалната структура може да се определи с помощта на рентгенова дифракция. Въпреки това, за да се определи формата на прости молекули в газовата фаза, обикновено се използва електронна дифракция (метод за изследване на електронната дифракция). Този метод се основава на използването на вълновите свойства на електроните. Електронен лъч преминава през проба от газа, който се изследва. Газовите молекули разпръскват електроните и резултатът е дифракционна картина. Анализирайки го, можете да определите дължините на връзките и ъглите на връзката в молекулите. Този метод е подобен на този, използван при анализа на дифракционната картина, образувана от разсейването на рентгеновите лъчи.

Атомни йони; имат значението на радиусите на сферите, представляващи тези атоми или йони в молекули или кристали. Атомните радиуси позволяват да се изчислят приблизително междуядрените (междуатомни) разстояния в молекулите и кристалите.

Електронната плътност на изолиран атом намалява бързо с увеличаване на разстоянието до ядрото, така че радиусът на атома може да се определи като радиуса на сферата, в която е концентрирана основната част (например 99%) от електронната плътност. Въпреки това, за да се изчислят междуядрените разстояния, се оказа по-удобно да се интерпретират атомните радиуси по различен начин. Това доведе до различни определения и системи за атомни радиуси.

Ковалентният радиус на X атом се определя като половината от дължината на проста X-X химическа връзка. И така, за халогени ковалентните радиуси се изчисляват от равновесното междуядрено разстояние в молекулата X 2, за сяра и селен - в молекули S 8 и Se 8, за въглерод - в диамантен кристал. Изключение прави водородният атом, за който се приема, че ковалентният атомен радиус е 30 pm, докато половината от междуядреното разстояние в молекулата на H 2 е 37 pm. За съединения с ковалентна връзка, като правило, принципът на адитивност е изпълнен (дължината на връзката X-Y е приблизително равна на сумата от атомните радиуси на атомите X и Y), което позволява да се предвидят дължините на връзката в многоатомните молекули.

Йонните радиуси се определят като стойности, чиято сума за двойка йони (например X + и Y -) е равна на най-късото междуядрено разстояние в съответните йонни кристали. Има няколко системи от йонни радиуси; системите се различават по числови стойности за отделните йони, в зависимост от това кой радиус и кой йон се приема като основа за изчисляване на радиусите на други йони. Например, според Полинг, това е радиусът на O 2- йона, взет равен на 140 pm; според Шанън - радиусът на същия йон, взет равен на 121 pm. Въпреки тези различия, различните системи за изчисляване на междуядрените разстояния в йонните кристали водят до приблизително еднакви резултати.

Металните радиуси се определят като половината от най-късото разстояние между атомите в кристалната решетка на метала. За метални конструкции, които се различават по вида на опаковката, тези радиуси са различни. Близостта на стойностите на атомните радиуси на различни метали често служи като индикация за възможността за образуване на твърди разтвори от тези метали. Адитивността на радиусите позволява да се предвидят параметрите на кристалните решетки на интерметалните съединения.

Радиусите на Ван дер Ваалс се определят като величини, чиято сума е равна на разстоянието, до което два химически несвързани атома от различни молекули могат да се доближат, или различни групиатоми на една и съща молекула. Средно радиусите на Ван дер Ваалс са с около 80 pm по-големи от ковалентните радиуси. Радиусите на Ван дер Ваалс се използват за тълкуване и прогнозиране на стабилността на молекулните конформации и структурното подреждане на молекулите в кристалите.

Лит .: Housecroft K., Constable E. Modern Course обща химия. М., 2002. Т. 1.

Определянето на атомните радиуси също включва някои проблеми. Първо, атомът не е сфера със строго определена повърхност и радиус. Спомнете си, че атомът е ядро, заобиколено от облак от електрони. Вероятността за откриване на електрон с разстояние от ядрото постепенно нараства до определен максимум и след това постепенно намалява, но става равна на нула само на безкрайно голямо разстояние. Второ, ако все пак изберем някакво условие за определяне на радиуса, такъв радиус все още не може да бъде измерен експериментално.

Експериментът дава възможност да се определят само междуядрените разстояния, с други думи, дължините на връзките (и дори тогава с известни уговорки, дадени в надписа към фиг. 2.21). За определянето им се използва рентгенов дифракционен анализ или метод на електронна дифракция (базиран на електронна дифракция). Приема се, че радиусът на атома е равен на половината от най-малкото междуядрено разстояние между еднакви атоми.

Радиуси на Ван дер Ваалс. За несвързаните атоми половината от най-малкото междуядрено разстояние се нарича радиус на Ван дер Ваалс. Това определение е илюстрирано на фиг. 2.22.

Ориз. 2.22. Атомни радиуси, a - радиус на Ван дер Ваалс; b - ковалентен радиус; c - метален радиус.

ковалентни радиуси. Ковалентният радиус се определя като половината от междуядреното разстояние (дължината на връзката) между два идентични атома, свързани един с друг чрез ковалентна връзка (фиг. 2.22, b). Като пример, нека вземем молекула хлор с дължина на връзката 0,1988 nm. Приема се, че ковалентният радиус на хлора е 0,0944 nm.

Познавайки ковалентния радиус на атом от един елемент, човек може да изчисли ковалентния радиус на атом от друг елемент. Например, експериментално установената стойност на дължината на връзката е 0,1767 nm. Като извадим от тази стойност ковалентния радиус на хлора (0,0994 nm), намираме, че ковалентният радиус на въглерода е 0,0773 nm. Този метод на изчисление се основава на принципа на адитивността, според който атомните радиуси се подчиняват на прост закон за добавяне. По този начин дължината на връзката е сумата от ковалентните радиуси на въглерода и хлора. Принципът на адитивност се прилага само за простите ковалентни връзки. Двойните и тройните ковалентни връзки са по-къси (Таблица 2.7).

Дължината на простата ковалентна връзка също зависи от нейната среда в молекулата. Например, дължината на връзката варира от 0,1070 nm при тризаместен въглероден атом до 0,115 nm в съединението

метални радиуси. Радиусът на метала се приема равен на половината от междуядреното разстояние между съседните йони в металната кристална решетка (фиг. 2.22, c). Терминът атомен радиус обикновено се отнася до ковалентния радиус на атомите на неметалните елементи, докато терминът метален радиус се отнася до атомите на металните елементи.

Йонни радиуси. Йонният радиус е една от двете части на междуядреното разстояние между съседни едноатомни (прости) йони в кристално йонно съединение (сол). Определянето на йонния радиус също е свързано със значителни проблеми, тъй като междуйонните разстояния се измерват експериментално, а не самите йонни радиуси. Междуйонните разстояния зависят от опаковането на йони в кристалната решетка. На фиг. 2.23 показва три възможни начина за опаковане на йони в кристална решетка. За съжаление, експериментално измерените междуйонни разстояния

Ориз. 2.23. Йонни радиуси, а - анионите са в контакт един с друг, но катионите не са в контакт с аниони; b - катионите са в контакт с аниони, но анионите не са в контакт помежду си; c - условно прието разположение на йони, при което катионите са в контакт с аниони и анионите са в контакт помежду си. Разстоянието a се определя експериментално. Приема се като два пъти радиуса на аниона. Това дава възможност да се изчисли междуионното разстояние b, което е сумата от анионните и катионните радиуси. Познавайки междуионното разстояние b, може да се изчисли радиусът на катиона.

не ни позволяват да преценим кой от тези три метода на опаковане действително се извършва във всеки отделен случай. Проблемът е да се намери пропорцията, в която междуйонното разстояние трябва да бъде разделено на две части, съответстващи на радиусите на двата йона, с други думи, да се реши къде всъщност свършва единият йон и къде започва другият. Както е показано например на фиг. 2.12, картите на електронната плътност на солите също не позволяват решаването на този проблем. За да се преодолее тази трудност, обикновено се приема, че: 1) междуйонното разстояние е сумата от два йонни радиуса, 2) йоните са сферични и 3) съседните сфери са в контакт една с друга. Последното предположение съответства на метода за опаковане на йони, показан на фиг. 2.23, c. Ако е известен един йонен радиус, други йонни радиуси могат да бъдат изчислени въз основа на принципа на адитивността.

Сравнение на различни видове радиуси. В табл. 2.8 показва стойностите на радиусите от различни типове за трите елемента от третия период. Лесно е да се види, че най-големите стойности принадлежат на радиусите на анион и ван дер Ваалс. На фиг. 11.9 сравнява размерите на йони и атоми за всички елементи от третия период, с изключение на аргона. Размерите на атомите се определят от техните ковалентни радиуси. Трябва да се отбележи, че катионите са по-малки от атомите, а анионите са по-големи от атомите на същите елементи. За всеки елемент от всички видове радиуси най-малката стойност винаги принадлежи на катионния радиус.

Таблица 2.8. Сравнение на атомни радиуси от различни видове

Помислете за връзката между позицията на елементите в периодичната система и такива свойства на химичните елементи като атомен радиус и електроотрицателност.

Атомният радиус е стойност, която показва размера на електронната обвивка на атома. Това е много важно количество, от което зависят свойствата на атомите на химичните елементи. В основните подгрупи, с увеличаване на заряда на атомното ядро, се наблюдава увеличаване на броя на електронните нива, следователно атомният радиус се увеличава с увеличаване на серийния номер в основните подгрупи.

В периоди се наблюдава увеличаване на заряда на ядрото на атом на химичен елемент, което води до увеличаване на привличането на външни електрони към ядрото. Освен това, с увеличаване на заряда на ядрото, броят на електроните във външното ниво се увеличава, но броят на електронните нива не се увеличава. Тези модели водят до компресия на електронната обвивка около ядрото. Следователно атомният радиус намалява с увеличаване на серийния номер в периодите.

Например, подреждаме химичните елементи O, C, Li, F, N в низходящ ред на атомните радиуси. Във втория период са дадени химичните елементи. В период атомните радиуси намаляват с увеличаване на серийния номер. Следователно тези химични елементи трябва да бъдат записани във възходящ ред на техните поредни номера: Li, C, N, O, F.

Свойствата на елементите и образуваните от тях вещества зависят от броя на валентните електрони, равен на номера на групата в периодичната система.

Завършените енергийни нива, както и външното ниво, съдържащо осем електрона, имат повишена стабилност. Това обяснява химическата инертност на хелий, неон и аргон: те не влизат в химична реакция. Атомите на всички други химични елементи са склонни да откажат или да получат електрони, така че тяхната електронна обвивка да е стабилна, докато се превръщат в заредени частици.

Електроотрицателност- това е способността на атома в съединенията да привлича валентни електрони към себе си, тоест електрони, чрез които химически връзкимежду атомите. Това свойство се дължи на факта, че атомите са склонни да завършат външния електронен слой и да получат енергийно благоприятна конфигурация на инертен газ - 8 електрона.

Електроотрицателността зависи от способността на атомното ядро да привлича електрони от външното енергийно ниво. Колкото по-силно е това привличане, толкова по-голяма е електроотрицателността. Силата на привличане на електроните на външното енергийно ниво е толкова по-голяма, колкото по-малък е атомният радиус. Следователно промяната в електроотрицателността в периодите и основните подгрупи ще бъде противоположна на промяната в атомните радиуси. Следователно в основните подгрупи електроотрицателността намалява с увеличаване на серийния номер. В периоди с нарастващ пореден номер електроотрицателността се увеличава.

Например, подредете химичните елементи Br, F, I, Cl по ред на увеличаване на електроотрицателността. Дадените химични елементи са в главната подгрупа на седма група. В основните подгрупи електроотрицателността намалява с увеличаване на серийния номер. Следователно тези химични елементи трябва да бъдат записани в низходящ ред на техните поредни номера: I, Br, Cl, F.

Под радиус атомразстоянието между ядрото на даден атоми неговата най-далечна електронна орбита. Към днешна дата общоприетата единица за измерване на ядрения радиус е пикометърът (pm). Определете радиус атомдоста лесно.

Ще имаш нужда

Периодичната система на Менделеев

Инструкция

1. На първо място, под ръка трябва да има обикновена периодична таблица, в която всички химични елементи, известни на обществото, са подредени в ред. Намирането на тази таблица е много лесно във всеки справочник по химия, училищен учебник, или можете да го закупите отделно, в най-близката книжарница.

2. В горния десен ъгъл на всички химични елементи е посочен неговият сериен номер. Това число напълно съвпада с ядреното радиусдадено атом .

3. Да кажем, че атомният номер на хлора (Cl) е 17. Това означава, че разстоянието от ядрото атомхлор до най-далечната му орбита на движение на стабилен електрон е 17 pm. Ако се изисква да се открие не само ядреният радиус, но и разделянето на електрони по електронните орбити, тогава тези данни могат да бъдат подчертани от колоната с числа, разположена вдясно от името на химичния елемент.

В структурата на планетата Земя се разграничават ядрото, мантията и кората. Ядрото е централната част, разположена особено далеч от повърхността. Мантията е разположена под кората и отгоре ядра. И накрая, кората е външната твърда обвивка на планетата.

Инструкция

1. Един от първите, които предполагат съществуването ядраБританският химик и физик Хенри Кавендиш през 18 век. Той успя да изчисли масата и средната плътност на Земята. Той сравнява плътността на Земята с плътността на скалите на повърхността. Установено е, че повърхностната плътност е много по-ниска от средната.

2. Германският сеизмолог Е. Вихерт потвърди съществуването ядраПриземява се през 1897г. Отвъдморският геофизик Б. Гутенберг през 1910 г. определя дълбочината на поява ядра- 2900 км. Според учените ядрото се състои от сплав от желязо, никел и други елементи, които имат афинитет към желязото: злато, въглерод, кобалт, германий и др.

3. Средно аритметично радиус ядрае 3500 километра. Освен това в сградата ядраЗемята излъчва твърдо вътрешно ядро, което има радиусоколо 1300 километра, и течна външна радиусом около 2200 километра. В центъра ядратемпературата достига 5000°C. маса ядраоценени на около 2 10 ^ 24 кг.

4. Позволено е да се направи паралел между структурата на планетите и структурата на атома. В атома се отделя и централната част - ядрото, а основната маса е концентрирана в ядрото. Размерите на ядрените ядра са няколко фемтометри (от лат. femto - 15). Префиксът "femto" означава умножение по десет на минус петнадесета степен. По този начин ядрото на атома е 10 хиляди пъти по-малко от самия атом и 10 ^ 21 пъти по-малко от размера ядраЗемята.

5. За да оцените радиуспланети, използват индиректни геохимични и геофизични методи. В случая на атома се прави преглед на разпада на тежките ядра, като се има предвид не толкова геометричният радиус, Колко радиусдействията на ядрените сили. Идеята за планетарната структура на атома е представена от Ръдърфорд. Свързана маса ядраот радиуси не е линеен.

Подобни видеа

За да се определи маса атом, намерете моларната маса на едноатомно вещество, като използвате периодичната таблица. След това разделете тази маса на числото на Авогадро (6,022 10 ^ (23)). Това ще бъде масата на атома в единиците, в които е измерена моларната маса. Масата на атом от газ се намира по отношение на неговия обем, който е лесен за измерване.

Ще имаш нужда

За да определите масата на атом на вещество, вземете периодичната таблица, рулетка или линийка, манометър, термометър.

Инструкция

1. Определяне на масата на атома твърдо тялоили течности За да определите масата на атом на вещество, определете неговата природа (от какви атоми се състои). В периодичната таблица намерете клетката, която описва съответния елемент. Намерете масата на един мол от това вещество в грамове на мол, който е в тази клетка (това число съответства на масата на атома в единици за ядрена маса). Разделете моларната маса на веществото на 6,022 10^(23) (числото на Авогадро), резултатът е масата на атома на това вещество в грамове. Позволено е да се определи масата на атома по друг метод. За да направите това, умножете ядрената маса на дадено вещество в единици за ядрена маса, взети в периодичната таблица, по числото 1,66 10^(-24). Получете масата на един атом в грамове.

2. Определяне на масата на газов атом В случай, че съд съдържа газ с неизвестна природа, определете масата му в грамове, като претеглите празен съд и съд с газ и намерете разликата в техните маси. По-късно измерете обема на съда с помощта на линийка или рулетка, с допълнителни изчисления или по друг начин. Изразете резултата в кубични метри. Използвайте манометър, за да измерите налягането на газа в съда в паскали и измерете температурата му с термометър. Ако скалата на термометъра е калибрирана в градуси по Целзий, определете стойността на температурата в Келвин. За да направите това, добавете числото 273 към температурната стойност на скалата на термометъра.

3. За да определите масата на газова молекула, умножете масата на даден обем газ по неговата температура и числото 8,31. Разделете резултата на произведението от налягането на газа, неговия обем и числото на Авогадро 6,022 10 ^ (23) (m0 \u003d m 8,31 T / (P V NA)). Резултатът ще бъде масата на газовата молекула в грамове. В случай, че е известно, че газовата молекула е двуатомна (газът не е инертен), разделете полученото число на 2. Умножавайки общата сума по 1,66 10 ^ (-24), е възможно да се получи нейната ядрена маса в единици ядрена маса и да се определи химичната формула на газа.

Подобни видеа

Забележка!
Благодарение на периодичната таблица е много лесно да се открие не само ядреният радиус, но и ядрената маса, молекулното тегло, периодът и серията на един или друг елемент, както и разделянето на електроните на електронни орбити заедно с броя на орбитите. Особено известен модел на атома е моделът, възприет през 1913 г. от Нилс Бор. Известен е още като планетарен модел. Това се дължи на факта, че електроните, подобно на планетите от Ясната система, се движат около Слънцето - ядрото на атома. Орбитите на електроните са непрекъснати. Развитието на този модел даде тласък на формирането на ново направление в теоретичната физика - квантовата механика.Самият 1-ви радиус на орбитата на електрона се нарича радиус на Бор, а енергията на електроните в първата орбита се нарича йонизационна енергия на атома.

Полезен съвет
Заслужава да се отбележи, че радиусът на всеки атом е обратно пропорционален на броя на протоните в ядрото му и също е равен на заряда на ядрото му.