Дължина на връзката и ефективни радиуси на атоми и йони. Атомен радиус: какво е това и как да се определи във връзка с атомния радиус

Разделянето на химичната връзка на типове е условно.

За метална връзка, поради привличането на електрони и метални йони, са характерни някои признаци на ковалентна връзка, ако вземем предвид припокриването на атомните орбитали на атомите. При образуването на водородна връзка, освен електростатичното взаимодействие, важна роля играе донорно-акцепторната природа на взаимодействието.

Също така е невъзможно да се начертае остра граница между йонни и ковалентни полярни връзки. Невъзможно е да се припише някаква връзка метал-неметал към йонния тип. Обичайно е да се разглежда йонна връзка между атоми, чиято разлика в електроотрицателността е по-голяма или равна на 2 (по скалата на Полинг). Например, в натриевия оксид връзката Na 2 O (3,44 - 0,93 = 2,51) е йонна връзка, а в магнезиевия бромид MgBr е ковалентна полярна връзка (2,96 - 1,31 = 1,65).

В реалните вещества всички видове химични връзки не се намират в чиста форма. За повечето съединения типът на връзката е междинен. Това е възможно, тъй като природата на химическата връзка е една и съща - това е електростатичното взаимодействие на електрони и ядра вътре и между атоми, които са близки на разстояние, когато се получава ефективно припокриване на електронни обвивки.

Следователно е възможен непрекъснат преход между всички ограничаващи случаи: йонна, ковалентна, метална и остатъчна връзка. Визуално преходът може да бъде представен като тетраедър, във върховете на който има екстремни представители, по ръбовете има преходи между два типа, а на лицата и вътре в обема на тетраедъра има сложни смесени видове връзки.

Ефективни радиуси на атоми и йони

Под ефективни радиуси на атоми и йони разбират радиусите на сферите от атоми или йони, тоест минималните разстояния, на които центровете на сферите от атоми или йони могат да се доближат до повърхността на съседните атоми.

За да се определи ефективния радиус на атом или йон, кристалната структура се представя като съседни топки, разстоянието между които е равно на сумата от техните радиуси. В зависимост от вида на химическата връзка между структурните единици на кристала има: метални радиуси, йонни радиуси, ковалентни радиуси и радиуси на Ван дер Ваалс.

метални радиуси
Определя се като половината разстояние между съседните атоми, получено в резултат на рентгенов дифракционен анализ:

Йонни радиуси
За да се изчислят радиусите на йоните, се приема, че при достатъчно голяма разлика в размерите на катиони и аниони, големите аниони ще се допират един до друг, а по-малките катиони ще бъдат разположени в празнините между анионите, след това радиусът на аниона ще бъде:

радиусът на катиона е: .

ковалентни радиуси
Ковалентните радиуси се дефинират като половината от междуатомното разстояние (дължина на връзката): .

Освен това при изчисляване на ковалентния радиус се взема предвид способността на някои елементи да образуват множество връзки, които намаляват разстоянието между атомите и вида на хибридизация на централния атом.

Радиусите на Ван дер Ваалс се изчисляват за атоми, които са свързани един с друг само чрез междумолекулни сили. Изчислено като половината от разстоянието между центровете на атомите: .

Тъй като методите за изчисляване на атомни и йонни радиуси са различни, има голям брой таблици с радиуси.

Йонни кристали

Комбинацията от катиони и аниони в кристал се осъществява поради кулоновото привличане на електрически заряди. В една молекула зарядите взаимодействат със сила. Стойност Ре разстоянието между два йона. Ако това разстояние е безкрайно далеч, тогава силата е нула. На крайно разстояние силата на взаимодействие на два противоположно заредени йона е отрицателна, което съответства на привличането, йоните са склонни да се приближат до минималното допустимо разстояние, което съответства на стабилно свързано състояние. Силата на взаимодействие на два еднакво заредени йона е положителна, което съответства на отблъскване. Йоните са склонни да се разсейват и не образуват стабилна връзка на никакво разстояние. Следователно енергията на образуване на кристали трябва да бъде отрицателна. Това условие се реализира при образуването на йонен кристал.

В йонните кристали няма молекули, така че няма граници между структурните единици. Йоните могат да се разглеждат като заредени топки, чиито силови полета са равномерно разпределени във всички посоки в пространството. Следователно, всеки йон може да привлича йони с противоположен знак към себе си във всяка посока, следователно йонната връзка няма посока.

Взаимодействието на два йона с противоположен знак не може да доведе до пълна взаимна компенсация на силовите им полета. Поради това те запазват способността си да привличат йони с противоположния знак в други посоки. Следователно йонната връзка не е наситен.

Катионите са склонни да се обграждат с възможно най-много аниони, така че кулоновското отблъскване на йони от същия знак един от друг да се компенсира от взаимното кулоново привличане на катиони и аниони. Следователно, структурите с йонен тип химическа връзка се характеризират с високи координационни числа и най-плътни сферични опаковки. Симетрията на йонните кристали обикновено е висока.

Кристалните вещества с йонен тип химична връзка се характеризират с диелектрични свойства, крехкост, средни стойности на твърдост и плътност, ниска топлинна и електрическа проводимост.

Атомни йони; имат значението на радиусите на сферите, представляващи тези атоми или йони в молекули или кристали. Атомните радиуси дават възможност за приближаване на междуядрени (междуатомни) разстояния в молекули и кристали.

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 основната част (например 99%) от електронната плътност концентриран. Въпреки това, за да се оценят междуядрените разстояния, се оказа по-удобно да се интерпретират атомните радиуси по различен начин. Това доведе до различни дефиниции и системи от атомни радиуси.

Ковалентният радиус на X атом се дефинира като половината от дължината на простата X-X химическа връзка. Така че за халогените ковалентните радиуси се изчисляват от равновесното междуядрено разстояние в молекулата X 2, за сярата и селена - в молекулите S 8 и Se 8, за въглерода - в диамантен кристал. Изключение е водородният атом, за който се приема, че ковалентният атомен радиус е 30 pm, докато половината от междуядреното разстояние в молекулата H 2 е 37 pm. За съединения с ковалентна връзка, като правило, принципът на адитивността е изпълнен (дължината на връзката X–Y е приблизително равна на сумата от атомните радиуси на атомите X и Y), което дава възможност да се предскажат дължините на връзката в многоатомни молекули.

Йонните радиуси се дефинират като стойности, чиято сума за двойка йони (например X + и Y -) е равна на най-краткото междуядрено разстояние в съответните йонни кристали. Има няколко системи от йонни радиуси; системите се различават по числени стойности за отделните йони, в зависимост от това кой радиус и кой йон е взет за 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 предскажат параметрите на кристалните решетки на интерметалните съединения.

Радиусите на Ван дер Ваалс се дефинират като количества, чиято сума е равна на разстоянието, до което могат да се приближат два химически несвързани атома от различни молекули или различни групи от атоми 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 интерпретиране и прогнозиране на стабилността на молекулярните конформации и структурното подреждане на молекулите в кристалите.

Lit .: Housecroft K., Constable E. Съвременен курс по обща химия. М., 2002. Т. 1.

ЕФЕКТИВЕН АТОМЕН РАДИУС – вж. атомен радиус.

Геоложки речник: в 2 тома. - М.: Недра. Редактирано от K.N. Paffengolts et al.. 1978 .

Вижте какво е "ЕФЕКТИВЕН АТОМЕН РАДИУС" в други речници:

Стойност в Å, характеризираща размера на атомите. Обикновено тази концепция се разбира като ефективен RA, изчислен като половината от междуатомното (междуядрено) разстояние в хомоатомни съединения, т.е. в метали и неметали. Защото сам и... Геологическа енциклопедия

платина- (Платина) Метал платина, химични и физични свойства на платината Метал платина, химични и физични свойства на платината, производство и използване на платина Съдържание Съдържание Раздел 1. Произход на името платина. Раздел 2. Ситуацията в ... ... Енциклопедия на инвеститора

Характеристики, които позволяват приблизително оценка на междуатомните (междуядрени) разстояния в молекули и кристали. Атомните радиуси са от порядъка на 0,1 nm. Те се определят основно от данни от рентгеноструктурен анализ. * * * АТОМНО… … енциклопедичен речник

метални- (Метал) Определение за метал, физични и химични свойства на метали Определение за метал, физични и химични свойства на метали, приложение на метали Съдържание Съдържание Определение Находка в природата Свойства Характерни свойства ... ... Енциклопедия на инвеститора

94 Нептуний ← Плутоний → Америций Sm Pu ... Wikipedia

Заявката за "литий" се пренасочва тук; вижте и други значения. Тази статия е за химичния елемент. За медицинска употреба вижте Литиеви препарати. 3 Хелий ← Литий ... Уикипедия

55 Ксенон ← Цезий → Барий ... Уикипедия

Изследванията на структурата във VA се основават на изследването на ъгловото разпределение на интензитета на разсейване на рентгеново лъчение (включително синхротронно), електронен или неутронен поток и лъчение на Mössbauer g, изследвано във VA. Респ. различавам... Химическа енциклопедия

Ефективният радиус на атом или йон се разбира като радиус на сферата на неговото действие, а атомът (йонът) се счита за несвиваема топка. Използвайки планетарния модел на атома, той е представен като ядро, около което електроните се въртят в орбити. Последователността на елементите в Периодичната система на Менделеев съответства на последователността на запълване на електронните обвивки. Ефективният радиус на един йон зависи от заетостта на електронните обвивки, но не е равен на радиуса на външната орбита. За да се определи ефективния радиус, атомите (йони) в кристалната структура се представят като контактуващи твърди топки, така че разстоянието между центровете им е равно на сумата от радиусите. Атомните и йонните радиуси бяха определени експериментално от рентгенови измервания на междуатомни разстояния и изчислени теоретично на базата на квантовомеханичните концепции.

Размерите на йонните радиуси се подчиняват на следните закони:

1. В рамките на един вертикален ред на периодичната система радиусите на йони със същия заряд се увеличават с увеличаване на атомния номер, тъй като броят на електронните обвивки се увеличава, а оттам и размерът на атома.

2. За един и същ елемент йонният радиус нараства с увеличаване на отрицателния заряд и намалява с увеличаване на положителния заряд. Радиусът на аниона е по-голям от радиуса на катиона, тъй като анионът има излишък от електрони, докато катионът има дефицит. Например, за Fe, Fe 2+, Fe 3+, ефективният радиус е съответно 0,126, 0,080 и 0,067 nm, за Si 4-, Si, Si 4+, ефективният радиус е 0,198, 0,118 и 0,040 nm.

3. Размерите на атомите и йоните следват периодичността на системата на Менделеев; изключение правят елементи от № 57 (лантан) до № 71 (лутеций), където атомните радиуси не се увеличават, а намаляват равномерно (т.нар. лантанидно свиване), и елементи от № 89 (актиний) и извън него ( така наречената актиноидна контракция).

Атомният радиус на химичен елемент зависи от координационното число. Увеличаването на координационното число винаги е придружено от увеличаване на междуатомните разстояния. В този случай относителната разлика между стойностите на атомните радиуси, съответстващи на две различни координационни числа, не зависи от вида на химическата връзка (при условие, че типът на връзката в структури със сравнени координационни числа е един и същ). Промяната в атомните радиуси с промяна в координационното число има значителен ефект върху големината на обемните промени по време на полиморфни трансформации. Например, когато желязото се охлажда, неговата трансформация от лицево-центрирана кубична модификация в центрирана по тялото кубична модификация, настъпваща при 906 ° C, трябва да бъде придружена от увеличение на обема с 9%, всъщност увеличението на обема е 0,8 %. Това се дължи на факта, че поради промяна на координационното число от 12 на 8, атомният радиус на желязото намалява с 3%. Това означава, че промяната в атомните радиуси по време на полиморфни трансформации до голяма степен компенсира обемните промени, които би трябвало да настъпят, ако атомният радиус не се промени в този случай. Атомните радиуси на елементите могат да бъдат сравнени само със същото координационно число.

Атомните (йонни) радиуси също зависят от вида на химическата връзка.

В кристали с метална връзка атомният радиус се определя като половината от междуатомното разстояние между най-близките атоми. В случай на твърди разтвори, металните атомни радиуси варират по сложен начин.

Под ковалентните радиуси на елементите с ковалентна връзка се разбира половината от междуатомното разстояние между най-близките атоми, свързани с единична ковалентна връзка. Характеристика на ковалентните радиуси е тяхното постоянство в различни ковалентни структури с еднакви координационни числа. И така, разстоянията в единичните C-C връзки в диаманта и наситените въглеводороди са еднакви и са равни на 0,154 nm.

Йонните радиуси в вещества с йонна връзка не могат да се дефинират като половината от сумата от разстоянията между най-близките йони. По правило размерите на катиони и аниони се различават рязко. Освен това симетрията на йоните се различава от сферичната. Има няколко подхода за оценка на стойността на йонните радиуси. Въз основа на тези подходи се оценяват йонните радиуси на елементите, а след това йонните радиуси на другите елементи се определят от експериментално определените междуатомни разстояния.

Радиусите на Ван дер Ваалс определят ефективните размери на атомите на благородния газ. Освен това, атомните радиуси на Ван дер Ваалс се считат за половината от междуядреното разстояние между най-близките идентични атоми, които не са химически свързани, т.е. принадлежащи към различни молекули (например в молекулярни кристали).

Когато се използват стойностите на атомните (йонни) радиуси в изчисления и конструкции, техните стойности трябва да се вземат от таблици, изградени по една система.

Важна характеристика на атома е неговият размер, т.е. атомният радиус. Размерът на отделния атом не се определя, тъй като външната му граница е размита поради вероятностното присъствие на електрони в различни точки в околоядреното пространство. Поради това в зависимост от вида на връзката между атомите се разграничават метални, ковалентни, ван дер Ваалсови, йонни и други атомни радиуси.

"метални" радиуси (в мен)се намират чрез разделяне наполовина на най-късите междуатомни разстояния в кристалните структури на прости вещества с координационно число 12. При други стойности на c.h. необходимата корекция се взема предвид.

Стойности ковалентни радиуси (r cov)изчислено като половината от дължината на хомоатомна връзка. Ако не е възможно да се определи дължината на единична хомоатомна връзка, стойността на r cov на атом от елемент А се получава чрез изваждане на ковалентния радиус на атом на елемент B от дължината на хетероатомната връзка A-B. Ковалентните радиуси зависят главно от размера на вътрешната електронна обвивка.

Радиуси на валентно несвързани атоми - радиуси на ван дер Ваалс (r w)определят ефективните размери на атомите, дължащи се на отблъскващите сили на запълнените енергийни нива.

Стойностите на електронната енергия се определят от правилата на Слейтър. направи възможно да се оцени относителната стойност - видимият размер на атома - r cmp (емпиричен радиус).

Дължината на връзката е дадена в ангстрьоми (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).

елемент	аз съм	r cov	rw	r cmp
Х	0.46	0.37	1.20	0.25
Той	1.22	0.32	1.40	-
Ли	1.55	1.34	1.82	1.45
Бъда	1.13	0.90	-	1.05
Б	0.91	0.82	-	0.85
° С	0.77	0.77	1.70	0.70
н	0.71	0.75	1.55	0.65
О	-	0.73	1.52	0.60
Ф	-	0.71	1.47	0.50
Не	1.60	0.69	1.54	-
на	1.89	1.54	2.27	1.80
mg	1.60	1.30	1.73	1.50
Ал	1.43	1.18	-	1.25
Si	1.34	1.11	2.10	1.10
П	1.30	1.06	1.80	1.00
С	-	1.02	1.80	1.00
кл	-	0.9	1.75	1.00
Ар	1.92	0.97	1.88	-
К	2.36	1.96	2.75	2.20
ок	1.97	1.74	-	1.80
sc	1.64	1.44	-	1.60
ти	1.46	1.36	-	1.40
V	1.34	1.25	-	1.35
кр	1.27	1.27	-	1.40
Мн	1.30	1.39	-	1.40
Fe	1.26	1.25	-	1.40
co	1.25	1.26	-	1.35
Ni	1.24	1.21	1.63	1.35
Cu	1.28	1.38	1.40	1.35
Zn	1.39	1.31	1.39	1.35
Га	1.39	1.26	1.87	1.30
Ge	1.39	1.22	-	1.25
Като	1.48	1.19	1.85	1.15
Se	1.60	1.16	1.90	1.15
Бр	-	1.14	1.85	1.15
кр	1.98	1.10	2.02	-
Rb	2.48	2.11	-	2.35
старши	2.15	1.92	-	2.00
Й	1.81	1.62	-	1.80
Zr	1.60	1.48	-	1.55
Nb	1.45	1.37	-	1.45
мн	1.39	1.45	-	1.45
Tc	1.36	1.56	-	1.35
Ru	1.34	1.26	-	1.30
Rh	1.34	1.35	-	1.35
Pd	1.37	1.31	1.63	1.40
Ag	1.44	1.53	1.72	1.60
CD	1.56	1.48	1.58	1.55
В	1.66	1.44	1.93	1.55
сн	1.58	1.41	2.17	1.45
те	1.70	1.35	2.06	1.40
аз	-	1.33	1.98	1.40
Xe	2.18	1.30	2.16	-
Cs	2.68	2.25	-	2.60
Ба	2.21	1.98	-	2.15
Ла	1.87	1.69	-	1.95
Ce	1.83	-	-	1.85
Пр	1.82	-	-	1.85
Nd	1.82	-	-	1.85
вечерта	-	-	-	1.85
см	1.81	-	-	1.85
ЕС	2.02	-	-	1.80
Gd	1.79	-	-	1.80
Tb	1.77	-	-	1.75
Dy	1.77	-	-	1.75
хо	1.76	-	-	1.75
Ер	1.75	-	-	1.75
Tm	1.74	-	-	1.75
Yb	1.93	-	-	1.75
Лу	1.74	1.60	-	1.75
hf	1.59	1.50	-	1.55
Та	1.46	1.38	-	1.45
У	1.40	1.46	-	1.35
Re	1.37	1.59	-	1.35
Операционна система	1.35	1.28	-	1.30
Ir	1.35	1.37	-	1.35
т	1.38	1.28	1.75	1.35
Au	1.44	1.44	1.66	1.35
hg	1.60	1.49	1.55	1.50
Tl	1.71	1.48	1.96	1.90
Pb	1.75	1.47	2.02	1.80
Bi	1.82	1.46	-	1.60
По	-	-	-	1.90
В	-	-	-	-
Rn	-	1.45	-	-
о	2.80	-	-	-
Ра	2.35	-	-	2.15
AC	2.03	-	-	1.95
Th	180	-	-	1.80
Па	1.62	-	-	1.80
У	1.53	-	1.86	1.75
Np	1.50	-	-	1.75
Pu	1.62	-	-	1.75
Am	-	-	-	1.75

Общата тенденция на атомните радиуси е следната. В групи атомните радиуси се увеличават, тъй като с увеличаване на броя на енергийните нива се увеличават размерите на атомните орбитали с голяма стойност на главното квантово число. За d-елементите, в чиито атоми са запълнени орбиталите на предишното енергийно ниво, тази тенденция няма отчетлив характер при прехода от елементите на петия период към елементите от шестия период.

В малки периоди радиусите на атомите обикновено намаляват, тъй като увеличаването на заряда на ядрото по време на прехода към всеки следващ елемент причинява привличането на външни електрони с нарастваща сила; броят на енергийните нива в същото време остава постоянен.

Промяната в атомния радиус в периодите за d-елементите е по-сложна.

Стойността на атомния радиус е доста тясно свързана с такава важна характеристика на атома като йонизационната енергия. Един атом може да загуби един или повече електрони, превръщайки се в положително зареден йон - катион. Тази способност се определя количествено от йонизиращата енергия.

Списък на използваната литература

1. Попков В. А., Пузаков С. А. Обща химия: учебник. - М.: ГЕОТАР-Медиа, 2010. - 976 с.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [с. 27-28]
2. Волков, A.I., Zharsky, I.M.Голям химически справочник / A.I. Волков, И.М. Жарски. - Минск: Модерно училище, 2005. - 608 с ISBN 985-6751-04-7.