Az atomok és ionok kötéshossza és effektív sugarai. Atomsugár: mi ez és hogyan határozható meg Az atomsugárral kapcsolatban

A kémiai kötés típusokra bontása feltételes.

A fémes kötésre az elektronok és fémionok vonzása miatt a kovalens kötés néhány jele jellemző, ha figyelembe vesszük az atomok atomi pályáinak átfedését. A hidrogénkötés kialakulásában az elektrosztatikus kölcsönhatás mellett fontos szerepet játszik a kölcsönhatás donor-akceptor jellege.

Szintén lehetetlen éles határt húzni az ionos és kovalens poláris kötések között. Lehetetlen bármilyen fém-nemfém kötést az ionos típusnak tulajdonítani. Az olyan atomok közötti ionos kötést szokás figyelembe venni, amelyek elektronegativitás-különbsége nagyobb vagy egyenlő, mint 2 (a Pauling-skálán). Például a nátrium-oxidban a Na 2 O kötés (3,44 - 0,93 = 2,51) ionos kötés, a magnézium-bromidban pedig a MgBr kovalens poláris kötés (2,96 - 1,31 = 1,65).

A valódi anyagokban nem minden típusú kémiai kötés található tiszta formában. A legtöbb vegyület esetében a kötés típusa közbenső. Ez lehetséges, mivel a kémiai kötés természete ugyanaz - az elektronok és az atommagok elektrosztatikus kölcsönhatása a távoli atomokon belül és azok között, amikor az elektronhéjak hatékony átfedése következik be.

Ezért folyamatos átmenet lehetséges az összes határeset között: ionos, kovalens, fémes és maradék kötés. Vizuálisan az átmenetet tetraéderként ábrázolhatjuk, melynek csúcsaiban szélsőséges képviselők, az élek mentén két típus közötti átmenetek, a tetraéder lapjain és térfogatán belül pedig összetett vegyes típusú kötések találhatók.

Az atomok és ionok effektív sugarai

Alatt atomok és ionok effektív sugarai megérteni az atomok vagy ionok gömbjeinek sugarát, vagyis azt a minimális távolságot, amelyen az atomok vagy ionok gömbjei középpontjai megközelíthetik a szomszédos atomok felületét.

Egy atom vagy ion effektív sugarának meghatározásához a kristályszerkezetet összefüggő golyókként ábrázolják, amelyek közötti távolság megegyezik sugaruk összegével. A kristály szerkezeti egységei közötti kémiai kötés típusától függően a következők vannak: fémes sugarak, ionos sugarak, kovalens sugarak és van der Waals sugarak.

fém sugarak
A szomszédos atomok közötti távolság fele, röntgendiffrakciós analízis eredményeképpen:

Ionos sugarak
Az ionok sugarának kiszámításához feltételezzük, hogy a kationok és anionok méretének kellően nagy különbsége esetén a nagy anionok érintkeznek egymással, és az anionok közötti üregekben kisebb kationok helyezkednek el, majd az anion sugara lesz:

a kation sugara: .

kovalens sugarak
A kovalens sugarak az atomközi távolság fele (kötéshossz): .

Ezenkívül a kovalens sugár kiszámításakor figyelembe veszik egyes elemek azon képességét, hogy többszörös kötést képezzenek, ami csökkenti az atomok közötti távolságot és a központi atom hibridizációjának típusát.

A Van der Waals sugarakat olyan atomokra számítják ki, amelyek csak intermolekuláris erők révén kapcsolódnak egymáshoz. Az atomok középpontjai közötti távolság feleként számolva: .

Mivel az atomi és az ionos sugarak számítási módszerei eltérőek, sok a sugarak táblázata.

Ionos kristályok

A kationok és anionok kristályokká való kombinációja az elektromos töltések Coulomb-vonzása miatt történik. Egy molekulában a töltések kölcsönhatásba lépnek egy erővel. Érték R két ion távolsága. Ha ez a távolság végtelenül nagy, akkor az erő nulla. Véges távolságban két ellentétes töltésű ion kölcsönhatási ereje negatív, ami vonzásnak felel meg, az ionok hajlamosak megközelíteni a minimálisan megengedett távolságot, ami stabil kötött állapotnak felel meg. Két azonos töltésű ion kölcsönhatási ereje pozitív, ami a taszításnak felel meg. Az ionok hajlamosak szétszóródni, és semmilyen távolságban nem képeznek stabil kapcsolatot. Így a kristályképződési energiának negatívnak kell lennie. Ez a feltétel egy ionkristály képződése során valósul meg.

Az ionos kristályokban nincsenek molekulák, így a szerkezeti egységek között nincsenek határok. Az ionokat töltött gömböknek tekinthetjük, amelyek erőterei a tér minden irányában egyenletesen oszlanak el. Ezért minden ion bármilyen irányban képes magához vonzani az ellenkező előjelű ionokat, ezért az ionos kötés nincs iránya.

Két ellentétes előjelű ion kölcsönhatása nem vezethet erőtereik teljes kölcsönös kompenzálásához. Emiatt megtartják azt a képességüket, hogy az ellenkező előjelű ionokat más irányba vonzzák. Ezért az ionos kötés nincs telítve.

A kationok hajlamosak a lehető legtöbb anionnal körülvenni magukat, így az azonos előjelű ionok egymástól való Coulomb-taszítását a kationok és anionok kölcsönös Coulomb-vonzása kompenzálja. Ezért az ionos típusú kémiai kötéssel rendelkező struktúrákat magas koordinációs számok és a legsűrűbb gömb alakú töltetek jellemzik. Az ionos kristályok szimmetriája általában nagy.

Az ionos típusú kémiai kötéssel rendelkező kristályos anyagokat dielektromos tulajdonságok, ridegség, átlagos keménység és sűrűség, alacsony hő- és elektromos vezetőképesség jellemzik.

atomi ionok; a molekulákban vagy kristályokban ezeket az atomokat vagy ionokat képviselő gömbök sugarát jelentik. Az atomi sugarak lehetővé teszik az atommagok közötti (interatomikus) távolságok közelítését a molekulákban és kristályokban.

Egy izolált atom elektronsűrűsége az atommagtól való távolság növekedésével gyorsan csökken, így az atom sugara annak a gömbnek a sugaraként definiálható, amelyben az elektronsűrűség fő része (például 99%) található. sűrített. Az atommagok közötti távolságok becsléséhez azonban kényelmesebbnek bizonyult az atomi sugarakat más módon értelmezni. Ez az atomi sugarak különféle definícióihoz és rendszereihez vezetett.

Az X atom kovalens sugara egy egyszerű X-X kémiai kötés hosszának fele. Tehát halogének esetében a kovalens sugarakat az egyensúlyi magközi távolságból számítják ki az X 2 molekulában, a kén és a szelén esetében - az S 8 és a Se 8 molekulákban, a szén esetében - a gyémántkristályban. Kivétel a hidrogénatom, amelynél a kovalens atom sugarát 30 pm-nek feltételezzük, míg a H 2 molekulában a magok közötti távolság fele 37 pm. A kovalens kötéssel rendelkező vegyületekre általában teljesül az additívitás elve (az X-Y kötés hossza megközelítőleg egyenlő az X és Y atomok atomi sugarának összegével), ami lehetővé teszi a kötéshosszak előrejelzését. többatomos molekulákban.

Az ionos sugarakat olyan értékekként határozzuk meg, amelyek összege egy ionpárra (például X + és Y -) megegyezik a megfelelő ionkristályok legrövidebb magközi távolságával. Számos ionsugár-rendszer létezik; A rendszerek az egyes ionokra vonatkozó számértékekben különböznek attól függően, hogy melyik sugarat és melyik iont veszik alapul más ionok sugarának kiszámításához. Például Pauling szerint ez az O 2- ion sugara, 140 pm; Shannon szerint - ugyanazon ion sugara, 121 pm-nek tekintve. E különbségek ellenére az ionkristályok magközi távolságának kiszámítására szolgáló különböző rendszerek megközelítőleg azonos eredményekhez vezetnek.

A fémes sugarak a fém kristályrácsában lévő atomok közötti legrövidebb távolság fele. Azon fémszerkezeteknél, amelyek a tömítés típusában különböznek, ezek a sugarak eltérőek. A különböző fémek atomsugár értékeinek közelsége gyakran jelzi annak lehetőségét, hogy ezek a fémek szilárd oldatokat képezhetnek. A sugarak additivitása lehetővé teszi az intermetallikus vegyületek kristályrácsainak paramétereinek előrejelzését.

A Van der Waals sugarakat olyan mennyiségekként határozzuk meg, amelyek összege megegyezik azzal a távolsággal, amelyet különböző molekulák két kémiailag nem rokon atomja vagy ugyanazon molekula különböző atomcsoportjai megközelíthetnek. A van der Waals sugarak átlagosan körülbelül 80 pm-rel nagyobbak, mint a kovalens sugarak. A Van der Waals sugarakat a molekuláris konformációk stabilitásának és a kristályokban lévő molekulák szerkezeti sorrendjének értelmezésére és előrejelzésére használják.

Lit .: Housecroft K., Constable E. Az általános kémia modern kurzusa. M., 2002. T. 1.

HATÉKONY ATOMSUGÁR – lásd. atomsugár.

Földtani szótár: 2 kötetben. - M.: Nedra. Szerkesztette: K. N. Paffengolts et al.. 1978 .

Nézze meg, mi az "EFFEKTÍV ATOMSUGÁR" más szótárakban:

Az atomok méretét jellemző Å-beli érték. Általában ezt a koncepciót hatékony RA-nak tekintették, amelyet a homoatomikus vegyületekben, azaz fémekben és nemfémekben az atomok közötti (magok közötti) távolság feleként számoltak. Mert egyedül és... Földtani Enciklopédia

Platina- (Platina) Platina fém, a platina kémiai és fizikai tulajdonságai Fém platina, a platina kémiai és fizikai tulajdonságai, a platina előállítása és felhasználása Tartalom Tartalom 1. szakasz. A platina név eredete. 2. szakasz A helyzet a ...... A befektető enciklopédiája

Jellemzők, amelyek lehetővé teszik a molekulák és kristályok atomközi (magközi) távolságának közelítő becslését. Az atomi sugarak 0,1 nm nagyságrendűek. Meghatározásuk elsősorban röntgenszerkezeti elemzési adatokból történik. * * * ATOM…… enciklopédikus szótár

Fém- (Fém) A fém meghatározása, a fémek fizikai és kémiai tulajdonságai Fém meghatározása, a fémek fizikai és kémiai tulajdonságai, a fémek alkalmazása Tartalom Tartalom Meghatározás Megtalálás a természetben Tulajdonságok Jellemző tulajdonságok ... ... A befektető enciklopédiája

94 Neptunium ← Plutónium → Americium Sm Pu ... Wikipédia

"Lítium" kérés átirányítja ide; lásd még más jelentéseket is. Ez a cikk a kémiai elemről szól. Orvosi felhasználásra vonatkozóan lásd: Lítiumkészítmények. 3 Hélium ← Lítium ... Wikipédia

55 Xenon ← Cézium → Bárium ... Wikipédia

A szerkezet vizsgálata VA-ban a röntgensugárzás (beleértve a szinkrotront is), az elektron- vagy neutronfluxus, valamint a VA-ban vizsgált Mössbauer g sugárzás szórási intenzitásának szögeloszlásának vizsgálatán alapul. Ill. megkülönböztetni… Kémiai Enciklopédia

Egy atom vagy ion effektív sugara alatt a hatásszférájának sugarát értjük, az atomot (iont) pedig összenyomhatatlan gömbnek tekintjük. Az atom bolygómodelljét használva atommagként ábrázolják, amely körül az elektronok keringenek. Mengyelejev periódusos rendszerében az elemek sorrendje megfelel az elektronhéjak kitöltésének sorrendjének. Egy ion effektív sugara függ az elektronhéjak foglaltságától, de nem egyenlő a külső pálya sugarával. Az effektív sugár meghatározásához a kristályszerkezetben lévő atomokat (ionokat) egymással érintkező merev golyókként ábrázolják, így a középpontjaik távolsága megegyezik a sugarak összegével. Az atom- és ionsugarakat kísérletileg, az atomközi távolságok röntgenmérésével határozták meg, és elméletileg kvantummechanikai koncepciók alapján számították ki.

Az ionos sugarak mérete a következő törvényeknek felel meg:

1. A periódusos rendszer egy függőleges sorában az azonos töltésű ionok sugara az atomszám növekedésével növekszik, mivel növekszik az elektronhéjak száma, így az atom mérete is.

2. Ugyanazon elem esetében az ionsugár a negatív töltéssel növekszik, a pozitív töltés növekedésével csökken. Az anion sugara nagyobb, mint a kationé, mivel az anion elektronfelesleggel rendelkezik, míg a kationban hiány van. Például Fe, Fe 2+, Fe 3+ esetén az effektív sugár 0,126, 0,080 és 0,067 nm, Si 4-, Si, Si 4+ esetén az effektív sugár 0,198, 0,118 és 0,040 nm.

3. Az atomok és ionok mérete a Mengyelejev-rendszer periodicitását követi; Ez alól kivételt képeznek az 57-es (lantán) és a 71-es (lutécium) elemek, ahol az atomsugár nem nő, hanem egyenletesen csökken (ún. lantanid kontrakció), valamint a 89-es (aktinium) és azon túli elemek ( az úgynevezett aktinoid kontrakció).

Egy kémiai elem atomi sugara a koordinációs számtól függ. A koordinációs szám növekedése mindig együtt jár az atomközi távolságok növekedésével. Ebben az esetben a két különböző koordinációs számnak megfelelő atomi sugarak értékei közötti relatív különbség nem függ a kémiai kötés típusától (feltéve, hogy az összehasonlított koordinációs számokkal rendelkező szerkezetekben a kötés típusa azonos). Az atomi sugarak változása a koordinációs szám változásával jelentős hatással van a polimorf transzformációk során bekövetkező térfogatváltozások nagyságára. Például a vas lehűtésekor a 906 °C-on végbemenő arcközpontú köbös módosulásból testközpontú köbös módosulásba való átalakulását 9%-os térfogatnövekedésnek kell kísérnie, valójában a térfogatnövekedés 0,8 %. Ez annak köszönhető, hogy a koordinációs szám 12-ről 8-ra történő változása miatt a vas atomsugara 3%-kal csökken. Vagyis az atomi sugarak változása a polimorf átalakulások során nagyrészt kompenzálja azokat a térfogati változásokat, amelyeknek akkor kellene bekövetkezniük, ha az atomsugár ebben az esetben nem változna. Az elemek atomi sugarai csak azonos koordinációs számmal hasonlíthatók össze.

Az atomi (ionos) sugarak a kémiai kötés típusától is függenek.

A fémes kötéssel rendelkező kristályokban az atomi sugarat a legközelebbi atomok közötti atomközi távolság feleként határozzák meg. Szilárd oldatok esetén a fémes atomsugár összetett módon változik.

A kovalens kötéssel rendelkező elemek kovalens sugara alatt az egyetlen kovalens kötéssel összekapcsolt legközelebbi atomok közötti atomközi távolság fele értendő. A kovalens sugarak sajátossága az állandóságuk különböző kovalens struktúrákban, azonos koordinációs számokkal. Tehát a gyémánt és a telített szénhidrogének egyes C-C kötéseinek távolsága azonos, és egyenlő 0,154 nm-rel.

Az ionos kötéssel rendelkező anyagok ionos sugarai nem határozhatók meg a legközelebbi ionok közötti távolságok összegének feleként. A kationok és anionok mérete általában élesen különbözik. Ezenkívül az ionok szimmetriája eltér a gömb alakútól. Számos megközelítés létezik az ionsugár értékének becslésére. Ezen megközelítések alapján megbecsülik az elemek ionsugarait, majd a kísérletileg meghatározott atomközi távolságokból meghatározzák a többi elem ionsugarát.

A Van der Waals sugarak határozzák meg a nemesgáz atomok effektív méretét. Ezen túlmenően, a van der Waals-féle atomsugár a legközelebbi azonos, kémiailag nem kötődő atomok közti magközi távolság felének számít, pl. különböző molekulákhoz tartoznak (például molekuláris kristályokban).

Az atomi (ionos) sugarak értékeinek számításokban és konstrukciókban történő felhasználásakor értéküket egy rendszer szerint összeállított táblázatokból kell venni.

Az atom fontos jellemzője a mérete, vagyis az atomsugár. Az egyes atomok mérete nincs meghatározva, mivel a külső határa elmosódott az elektronok valószínűségi jelenléte miatt a körkörös tér különböző pontjain. Emiatt az atomok közötti kötés típusától függően megkülönböztetünk fémes, kovalens, van der Waals, ionos és egyéb atomi sugarakat.

"Fém" sugarak (r me) 12-es koordinációs számmal rendelkező egyszerű anyagok kristályszerkezetében a legrövidebb atomközi távolságok felezésével találhatók meg. Egyéb c.h. a szükséges korrekciót figyelembe veszik.

Értékek kovalens sugarak (r cov) a homoatomikus kötés hosszának feleként számítva. Ha nem lehetséges egyetlen homoatomos kötés hosszát meghatározni, akkor az A elem atomjának r cov értékét úgy kapjuk meg, hogy a B elem atomjának kovalens sugarát levonjuk az A-B heteroatomos kötés hosszából. A kovalens sugarak főként a belső elektronhéj méretétől függenek.

A vegyértékhez nem kötött atomok sugarai - van der Waals sugár (r w) határozza meg az atomok effektív méretét a betöltött energiaszintek taszító erői miatt.

Slater szabályai szerint meghatározott elektronenergia értékek. lehetővé tette a relatív érték - az atom látszólagos mérete - r cmp (empirikus sugár) becslését.

A kötés hosszát angströmben adjuk meg (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).

Elem	r én	r cov	rw	r cmp
H	0.46	0.37	1.20	0.25
Ő	1.22	0.32	1.40	-
Li	1.55	1.34	1.82	1.45
Lenni	1.13	0.90	-	1.05
B	0.91	0.82	-	0.85
C	0.77	0.77	1.70	0.70
N	0.71	0.75	1.55	0.65
O	-	0.73	1.52	0.60
F	-	0.71	1.47	0.50
Ne	1.60	0.69	1.54	-
Na	1.89	1.54	2.27	1.80
mg	1.60	1.30	1.73	1.50
Al	1.43	1.18	-	1.25
Si	1.34	1.11	2.10	1.10
P	1.30	1.06	1.80	1.00
S	-	1.02	1.80	1.00
Cl	-	0.9	1.75	1.00
Ar	1.92	0.97	1.88	-
K	2.36	1.96	2.75	2.20
kb	1.97	1.74	-	1.80
sc	1.64	1.44	-	1.60
Ti	1.46	1.36	-	1.40
V	1.34	1.25	-	1.35
Kr	1.27	1.27	-	1.40
Mn	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
Ga	1.39	1.26	1.87	1.30
Ge	1.39	1.22	-	1.25
Mint	1.48	1.19	1.85	1.15
Se	1.60	1.16	1.90	1.15
Br	-	1.14	1.85	1.15
kr	1.98	1.10	2.02	-
Rb	2.48	2.11	-	2.35
Sr	2.15	1.92	-	2.00
Y	1.81	1.62	-	1.80
Zr	1.60	1.48	-	1.55
Nb	1.45	1.37	-	1.45
Mo	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
Ban ben	1.66	1.44	1.93	1.55
sn	1.58	1.41	2.17	1.45
Te	1.70	1.35	2.06	1.40
én	-	1.33	1.98	1.40
Xe	2.18	1.30	2.16	-
Cs	2.68	2.25	-	2.60
Ba	2.21	1.98	-	2.15
La	1.87	1.69	-	1.95
Ce	1.83	-	-	1.85
Pr	1.82	-	-	1.85
Nd	1.82	-	-	1.85
Délután	-	-	-	1.85
sm	1.81	-	-	1.85
Eu	2.02	-	-	1.80
Gd	1.79	-	-	1.80
Tuberkulózis	1.77	-	-	1.75
Dy	1.77	-	-	1.75
Ho	1.76	-	-	1.75
Er	1.75	-	-	1.75
Tm	1.74	-	-	1.75
Yb	1.93	-	-	1.75
Lu	1.74	1.60	-	1.75
HF	1.59	1.50	-	1.55
Ta	1.46	1.38	-	1.45
W	1.40	1.46	-	1.35
Újra	1.37	1.59	-	1.35
Os	1.35	1.28	-	1.30
Ir	1.35	1.37	-	1.35
Pt	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
Kettős	1.82	1.46	-	1.60
Po	-	-	-	1.90
Nál nél	-	-	-	-
Rn	-	1.45	-	-
Fr	2.80	-	-	-
Ra	2.35	-	-	2.15
AC	2.03	-	-	1.95
Th	180	-	-	1.80
Pa	1.62	-	-	1.80
U	1.53	-	1.86	1.75
Np	1.50	-	-	1.75
Pu	1.62	-	-	1.75
Am	-	-	-	1.75

Az atomi sugarak általános tendenciája a következő. Csoportokban az atomi sugarak nőnek, mivel az energiaszintek számának növekedésével a főkvantumszám nagy értékű atompályáinak mérete nő. Azoknál a d-elemeknél, amelyek atomjaiban az előző energiaszint pályái töltődnek ki, ez a tendencia az ötödik periódus elemeiből a hatodik periódus elemeibe való átmenet során nem kifejezett karakterű.

Kis periódusokban az atomok sugara általában csökken, mivel az atommag töltésének növekedése az egyes következő elemekre való átmenet során a külső elektronok növekvő erővel történő vonzását okozza; az energiaszintek száma egyidejűleg állandó marad.

A d-elemek atomi sugarának periódusokban történő változása összetettebb.

Az atomsugár értéke igen szorosan összefügg az atom olyan fontos jellemzőjével, mint az ionizációs energia. Egy atom egy vagy több elektront veszíthet, pozitív töltésű ionná - kationná - alakulhat. Ezt a képességet az ionizációs energia számszerűsíti.

Felhasznált irodalom jegyzéke

1. Popkov V. A., Puzakov S. A. Általános kémia: tankönyv. - M.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 p.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [val vel. 27–28.]
2. Volkov, A. I., Zharsky, I. M. Nagy kémiai kézikönyv / A.I. Volkov, I. M. Zharsky. - Minszk: Modern iskola, 2005. - 608 ISBN 985-6751-04-7.