Lunghezza di legame e raggi effettivi di atomi e ioni. Raggio atomico: cos'è e come determinarlo In relazione al raggio atomico

La divisione del legame chimico in tipi è condizionale.

Per un legame metallico, a causa dell'attrazione di elettroni e ioni metallici, sono caratteristici alcuni segni di legame covalente, se si tiene conto della sovrapposizione degli orbitali atomici degli atomi. Nella formazione di un legame idrogeno, oltre all'interazione elettrostatica, la natura dell'interazione donatore-accettore gioca un ruolo importante.

È anche impossibile tracciare un confine netto tra legami polari ionici e covalenti. È impossibile attribuire un legame metallo-non metallo al tipo ionico. È consuetudine considerare un legame ionico tra atomi la cui differenza di elettronegatività è maggiore o uguale a 2 (sulla scala di Pauling). Ad esempio, nell'ossido di sodio, il legame Na 2 O (3,44 - 0,93 = 2,51) è un legame ionico e nel bromuro di magnesio MgBr è un legame polare covalente (2,96 - 1,31 = 1,65).

Nelle sostanze reali, tutti i tipi di legami chimici non si trovano in forma pura. Per la maggior parte dei composti, il tipo di legame è intermedio. Ciò è possibile, poiché la natura del legame chimico è la stessa: è l'interazione elettrostatica di elettroni e nuclei all'interno e tra atomi vicini a distanza, quando si verifica un'efficace sovrapposizione di gusci di elettroni.

Pertanto, è possibile una transizione continua tra tutti i casi limite: legame ionico, covalente, metallico e residuo. Visivamente, la transizione può essere rappresentata come un tetraedro, ai cui vertici ci sono rappresentanti estremi, lungo i bordi ci sono transizioni tra due tipi e sulle facce e all'interno del volume del tetraedro ci sono complessi tipi misti di legami.

Raggi effettivi di atomi e ioni

Sotto raggi effettivi di atomi e ioni comprendere i raggi delle sfere degli atomi o degli ioni, cioè le distanze minime alle quali i centri delle sfere degli atomi o degli ioni possono avvicinarsi alla superficie degli atomi vicini.

Per determinare il raggio effettivo di un atomo o ione, la struttura cristallina è rappresentata come sfere contigue, la cui distanza è uguale alla somma dei loro raggi. A seconda del tipo di legame chimico tra le unità strutturali del cristallo si hanno: raggi metallici, raggi ionici, raggi covalenti e raggi di van der Waals.

raggi metallici
Definita come metà della distanza tra atomi vicini, ottenuta come risultato dell'analisi di diffrazione dei raggi X:

raggi ionici
Per calcolare i raggi degli ioni, si presume che con una differenza sufficientemente grande nelle dimensioni di cationi e anioni, anioni grandi si toccheranno e cationi più piccoli si troveranno nei vuoti tra gli anioni, quindi il raggio dell'anione sarà:

il raggio del catione è: .

raggi covalenti
I raggi covalenti sono definiti come metà della distanza interatomica (lunghezza del legame): .

Inoltre, quando si calcola il raggio covalente, viene presa in considerazione la capacità di alcuni elementi di formare legami multipli, che riducono la distanza tra gli atomi e il tipo di ibridazione dell'atomo centrale.

I raggi di Van der Waals sono calcolati per atomi che sono collegati tra loro solo da forze intermolecolari. Calcolato come metà della distanza tra i centri degli atomi: .

Poiché i metodi per calcolare i raggi atomici e ionici sono diversi, esiste un gran numero di tabelle di raggi.

Cristalli ionici

La combinazione di cationi e anioni in un cristallo avviene a causa dell'attrazione coulombiana delle cariche elettriche. In una molecola, le cariche interagiscono con una forza. Valore Rè la distanza tra due ioni. Se questa distanza è infinitamente lontana, la forza è zero. A una distanza finita, la forza di interazione di due ioni con carica opposta è negativa, che corrisponde all'attrazione, gli ioni tendono ad avvicinarsi alla distanza minima consentita, che corrisponde a uno stato legato stabile. La forza di interazione di due ioni con carica identica è positiva, che corrisponde alla repulsione. Gli ioni tendono a disperdersi e non formano una connessione stabile a nessuna distanza. Pertanto, l'energia di formazione dei cristalli deve essere negativa. Questa condizione si realizza durante la formazione di un cristallo ionico.

Non ci sono molecole nei cristalli ionici, quindi non ci sono confini tra le unità strutturali. Gli ioni possono essere pensati come sfere cariche i cui campi di forza sono distribuiti uniformemente in tutte le direzioni nello spazio. Pertanto, ogni ione può attrarre a sé ioni di segno opposto in qualsiasi direzione, quindi il legame ionico non ha direzione.

L'interazione di due ioni di segno opposto non può portare alla completa compensazione reciproca dei loro campi di forza. Per questo motivo, mantengono la capacità di attrarre ioni del segno opposto in altre direzioni. Pertanto, il legame ionico non è saturo.

I cationi tendono a circondarsi di quanti più anioni possibile in modo che la repulsione coulombiana di ioni dello stesso segno l'uno dall'altro sia compensata dalla reciproca attrazione coulombiana di cationi e anioni. Pertanto, le strutture con un legame chimico di tipo ionico sono caratterizzate da numeri di coordinazione elevati e impaccamenti sferici più densi. La simmetria dei cristalli ionici è generalmente alta.

Le sostanze cristalline con legame chimico di tipo ionico sono caratterizzate da proprietà dielettriche, fragilità, valori medi di durezza e densità, bassa conducibilità termica ed elettrica.

ioni atomici; hanno il significato dei raggi delle sfere che rappresentano questi atomi o ioni in molecole o cristalli. I raggi atomici consentono di approssimare le distanze internucleari (interatomiche) in molecole e cristalli.

La densità elettronica di un atomo isolato diminuisce rapidamente all'aumentare della distanza dal nucleo, così che il raggio di un atomo potrebbe essere definito come il raggio della sfera in cui è la parte principale (ad esempio, il 99%) della densità elettronica concentrato. Tuttavia, per stimare le distanze internucleari, è risultato più conveniente interpretare i raggi atomici in modo diverso. Ciò ha portato a varie definizioni e sistemi di raggi atomici.

Il raggio covalente di un atomo X è definito come metà della lunghezza di un semplice legame chimico X-X. Quindi, per gli alogeni, i raggi covalenti sono calcolati dalla distanza internucleare di equilibrio nella molecola X 2, per lo zolfo e il selenio - nelle molecole S 8 e Se 8, per il carbonio - in un cristallo di diamante. L'eccezione è l'atomo di idrogeno, per il quale si presume che il raggio atomico covalente sia 30 pm, mentre metà della distanza internucleare nella molecola di H 2 è 37 pm. Per i composti con legame covalente, di norma, il principio di additività è soddisfatto (la lunghezza del legame X–Y è approssimativamente uguale alla somma dei raggi atomici degli atomi X e Y), il che consente di prevedere le lunghezze del legame nelle molecole poliatomiche.

I raggi ionici sono definiti come i valori la cui somma per una coppia di ioni (ad esempio X + e Y -) è uguale alla distanza internucleare più breve nei corrispondenti cristalli ionici. Esistono diversi sistemi di raggi ionici; i sistemi differiscono nei valori numerici per i singoli ioni, a seconda di quale raggio e quale ione viene preso come base per calcolare i raggi di altri ioni. Ad esempio, secondo Pauling, questo è il raggio dello ione O 2-, preso pari a 140 pm; secondo Shannon - il raggio dello stesso ione, preso pari a 121 pm. Nonostante queste differenze, diversi sistemi per il calcolo delle distanze internucleari nei cristalli ionici portano a risultati approssimativamente identici.

I raggi metallici sono definiti come metà della distanza più breve tra gli atomi nel reticolo cristallino di un metallo. Per le strutture metalliche che differiscono per il tipo di imballaggio, questi raggi sono diversi. La vicinanza dei valori dei raggi atomici di vari metalli serve spesso come indicazione della possibilità di formazione di soluzioni solide da parte di questi metalli. L'additività dei raggi consente di prevedere i parametri dei reticoli cristallini dei composti intermetallici.

I raggi di Van der Waals sono definiti come quantità la cui somma è uguale alla distanza a cui possono avvicinarsi due atomi chimicamente non correlati di diverse molecole o diversi gruppi di atomi della stessa molecola. In media, i raggi di van der Waals sono circa 80 pm più grandi dei raggi covalenti. I raggi di Van der Waals sono usati per interpretare e prevedere la stabilità delle conformazioni molecolari e l'ordinamento strutturale delle molecole nei cristalli.

Lett.: Housecroft K., Constable E. Corso moderno di chimica generale. M., 2002. T. 1.

RAGGIO ATOMICO EFFICACE - vedi. raggio atomico.

Dizionario geologico: in 2 volumi. - M.: Nedra. A cura di KN Paffengolts et al.. 1978 .

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Il raggio effettivo di un atomo o ione è inteso come il raggio della sfera della sua azione e l'atomo (ione) è considerato una palla incomprimibile. Usando il modello planetario dell'atomo, è rappresentato come un nucleo attorno al quale gli elettroni ruotano in orbite. La sequenza di elementi nel sistema periodico di Mendeleev corrisponde alla sequenza di riempimento dei gusci di elettroni. Il raggio effettivo di uno ione dipende dall'occupazione dei gusci di elettroni, ma non è uguale al raggio dell'orbita esterna. Per determinare il raggio effettivo, gli atomi (ioni) nella struttura cristallina sono rappresentati come sfere rigide a contatto, in modo che la distanza tra i loro centri sia uguale alla somma dei raggi. I raggi atomici e ionici sono stati determinati sperimentalmente da misurazioni a raggi X di distanze interatomiche e calcolati teoricamente sulla base di concetti di meccanica quantistica.

Le dimensioni dei raggi ionici obbediscono alle seguenti leggi:

1. All'interno di una riga verticale del sistema periodico, i raggi degli ioni con la stessa carica aumentano all'aumentare del numero atomico, poiché aumenta il numero di gusci di elettroni e quindi la dimensione dell'atomo.

2. Per lo stesso elemento, il raggio ionico aumenta all'aumentare della carica negativa e diminuisce all'aumentare della carica positiva. Il raggio dell'anione è maggiore del raggio del catione, poiché l'anione ha un eccesso di elettroni, mentre il catione ne ha una carenza. Ad esempio, per Fe, Fe 2+, Fe 3+, il raggio effettivo è 0,126, 0,080 e 0,067 nm, rispettivamente, per Si 4-, Si, Si 4+, il raggio effettivo è 0,198, 0,118 e 0,040 nm.

3. Le dimensioni degli atomi e degli ioni seguono la periodicità del sistema di Mendeleev; le eccezioni sono gli elementi dal n. 57 (lantanio) al n. 71 (lutezio), dove i raggi atomici non aumentano, ma diminuiscono uniformemente (la cosiddetta contrazione dei lantanidi), e gli elementi dal n. 89 (attinio) e oltre ( la cosiddetta contrazione actinoide).

Il raggio atomico di un elemento chimico dipende dal numero di coordinazione. Un aumento del numero di coordinazione è sempre accompagnato da un aumento delle distanze interatomiche. In questo caso, la differenza relativa tra i valori dei raggi atomici corrispondenti a due diversi numeri di coordinazione non dipende dal tipo di legame chimico (a condizione che il tipo di legame nelle strutture con numeri di coordinazione confrontati sia lo stesso). Un cambiamento nei raggi atomici con un cambiamento nel numero di coordinazione influisce in modo significativo sull'entità dei cambiamenti volumetrici durante le trasformazioni polimorfiche. Ad esempio, quando il ferro viene raffreddato, la sua trasformazione da una modifica cubica centrata sulla faccia a una modifica cubica centrata sul corpo che avviene a 906°C dovrebbe essere accompagnata da un aumento di volume del 9%, infatti un aumento di volume è di 0,8 %. Ciò è dovuto al fatto che a causa di una variazione del numero di coordinazione da 12 a 8, il raggio atomico del ferro diminuisce del 3%. Cioè, la variazione dei raggi atomici durante le trasformazioni polimorfiche compensa ampiamente i cambiamenti volumetrici che dovrebbero verificarsi se il raggio atomico non cambiasse in questo caso. I raggi atomici degli elementi possono essere confrontati solo con lo stesso numero di coordinazione.

I raggi atomici (ionici) dipendono anche dal tipo di legame chimico.

Nei cristalli con un legame metallico, il raggio atomico è definito come metà della distanza interatomica tra gli atomi più vicini. Nel caso di soluzioni solide, i raggi atomici metallici variano in modo complesso.

Sotto i raggi covalenti degli elementi con un legame covalente si intende metà della distanza interatomica tra gli atomi più vicini collegati da un singolo legame covalente. Una caratteristica dei raggi covalenti è la loro costanza in diverse strutture covalenti con gli stessi numeri di coordinazione. Quindi, le distanze nei singoli legami CC nel diamante e negli idrocarburi saturi sono le stesse e pari a 0,154 nm.

I raggi ionici nelle sostanze con legame ionico non possono essere definiti come la metà della somma delle distanze tra gli ioni più vicini. Di norma, le dimensioni di cationi e anioni differiscono notevolmente. Inoltre, la simmetria degli ioni differisce da quella sferica. Esistono diversi approcci per stimare il valore dei raggi ionici. Sulla base di questi approcci, vengono stimati i raggi ionici degli elementi e quindi i raggi ionici di altri elementi vengono determinati dalle distanze interatomiche determinate sperimentalmente.

I raggi di Van der Waals determinano le dimensioni effettive degli atomi di gas nobili. Inoltre, i raggi atomici di van der Waals sono considerati la metà della distanza internucleare tra gli atomi identici più vicini che non sono legati chimicamente, cioè appartenenti a molecole diverse (ad esempio nei cristalli molecolari).

Quando si utilizzano i valori dei raggi atomici (ionici) nei calcoli e nelle costruzioni, i loro valori dovrebbero essere presi da tabelle costruite secondo un sistema.

Una caratteristica importante di un atomo è la sua dimensione, cioè il raggio atomico. La dimensione di un singolo atomo non è determinata, poiché il suo confine esterno è sfocato a causa della presenza probabilistica di elettroni in vari punti dello spazio circumnucleare. Per questo motivo, a seconda del tipo di legame tra atomi, si distinguono raggi metallici, covalenti, di van der Waals, ionici e altri raggi atomici.

Raggi "metallici" (r me) si trovano dividendo a metà le distanze interatomiche più brevi nelle strutture cristalline delle sostanze semplici con un numero di coordinazione di 12. Ad altri valori di c.h. si tiene conto della correzione necessaria.

Valori raggi covalenti (r cov) calcolata come metà della lunghezza di un legame omoatomico. Se non è possibile determinare la lunghezza di un singolo legame omoatomico, il valore rcov di un atomo dell'elemento A si ottiene sottraendo il raggio covalente di un atomo dell'elemento B dalla lunghezza del legame eteroatomico A-B. I raggi covalenti dipendono principalmente dalle dimensioni del guscio elettronico interno.

Raggi di atomi non legati di valenza - raggi di van der Waals (rw) determinare le dimensioni effettive degli atomi dovute alle forze repulsive dei livelli di energia riempiti.

Valori di energia elettronica determinati dalle regole di Slater. ha permesso di stimare il valore relativo - la dimensione apparente dell'atomo - r cmp (raggio empirico).

La lunghezza del legame è data in angstrom (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).

Elemento	io	r cov	rw	r cmp
H	0.46	0.37	1.20	0.25
Lui	1.22	0.32	1.40	-
Li	1.55	1.34	1.82	1.45
Essere	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	-
N / a	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
Circa	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
Cr	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
Come	1.48	1.19	1.85	1.15
Se	1.60	1.16	1.90	1.15
fr	-	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
In	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
io	-	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
pm	-	-	-	1.85
sm	1.81	-	-	1.85
Unione Europea	2.02	-	-	1.80
Gd	1.79	-	-	1.80
Tb	1.77	-	-	1.75
Dy	1.77	-	-	1.75
Ho	1.76	-	-	1.75
Ehm	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
Rif	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
Bi	1.82	1.46	-	1.60
Po	-	-	-	1.90
In	-	-	-	-
Rn	-	1.45	-	-
Fr	2.80	-	-	-
RA	2.35	-	-	2.15
corrente alternata	2.03	-	-	1.95
Th	180	-	-	1.80
papà	1.62	-	-	1.80
u	1.53	-	1.86	1.75
Np	1.50	-	-	1.75
Pu	1.62	-	-	1.75
Sono	-	-	-	1.75

L'andamento generale dei raggi atomici è il seguente. Nei gruppi, i raggi atomici aumentano, poiché con un aumento del numero di livelli di energia aumentano le dimensioni degli orbitali atomici con un valore elevato del numero quantico principale. Per gli elementi d, nei cui atomi sono riempiti gli orbitali del livello di energia precedente, questa tendenza non ha un carattere distinto nel passaggio dagli elementi del quinto periodo agli elementi del sesto periodo.

In piccoli periodi, i raggi degli atomi generalmente diminuiscono, poiché un aumento della carica del nucleo durante il passaggio a ciascun elemento successivo provoca l'attrazione di elettroni esterni con forza crescente; il numero di livelli di energia contemporaneamente rimane costante.

La variazione del raggio atomico nei periodi per gli elementi d è più complessa.

Il valore del raggio atomico è strettamente correlato a una caratteristica così importante dell'atomo come l'energia di ionizzazione. Un atomo può perdere uno o più elettroni, trasformandosi in uno ione caricato positivamente, un catione. Questa capacità è quantificata dall'energia di ionizzazione.

Elenco della letteratura usata

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