원자와 이온의 결합 길이와 유효 반경. 원자 반경 : 그것은 무엇이며 결정하는 방법 원자 반경과 관련하여
화학 결합을 유형으로 나누는 것은 조건부입니다.
금속 결합의 경우 전자와 금속 이온의 인력으로 인해 원자의 원자 궤도의 중첩을 고려하면 공유 결합의 일부 징후가 특징적입니다. 수소 결합의 형성에서 정전기적 상호작용 외에도 상호작용의 공여체-수용체 특성이 중요한 역할을 합니다.
또한 이온 극성 결합과 공유 극성 결합 사이에 날카로운 경계를 그리는 것도 불가능합니다. 금속-비금속 결합을 이온 유형에 귀속시키는 것은 불가능합니다. 전기 음성도 차이가 2 이상인 원자 사이의 이온 결합을 고려하는 것이 일반적입니다(폴링 척도에서). 예를 들어, 산화나트륨에서 Na 2 O 결합(3.44 - 0.93 = 2.51)은 이온 결합이고, 브롬화마그네슘 MgBr에서는 공유 극성 결합(2.96 - 1.31 = 1.65)입니다.
실제 물질에서 모든 유형의 화학 결합은 순수한 형태로 발견되지 않습니다. 대부분의 화합물의 경우 결합 유형은 중간입니다. 이것은 화학 결합의 특성이 동일하기 때문에 가능합니다. 전자 껍질의 효과적인 중첩이 발생할 때 거리에서 가까운 원자 내부와 원자 사이의 전자와 핵의 정전기 상호 작용입니다.
따라서 이온, 공유, 금속 및 잔류 결합과 같은 모든 제한적인 경우 사이에서 연속적인 전환이 가능합니다. 시각적으로 전환은 사면체로 나타낼 수 있으며 정점에는 극단적 인 대표가 있고 가장자리를 따라 두 가지 유형 사이의 전환이 있으며 사면체의 면과 내부에는 복잡한 혼합 유형의 결합이 있습니다.
원자 및 이온의 유효 반경
아래에 원자 및 이온의 유효 반경 원자 또는 이온 구의 반지름, 즉 원자 또는 이온 구의 중심이 인접한 원자의 표면에 접근할 수 있는 최소 거리를 이해합니다.
원자 또는 이온의 유효 반경을 결정하기 위해 결정 구조는 인접한 공으로 표시되며, 그 사이의 거리는 반경의 합과 같습니다. 결정의 구조 단위 사이의 화학 결합 유형에 따라 다음이 있습니다. 금속 반지름, 이온 반지름, 공유 반지름 및 반 데르 발스 반지름.
금속 반경
X선 회절 분석의 결과로 얻은 인접 원자 사이의 거리의 절반으로 정의:
이온 반경
이온의 반경을 계산하기 위해 양이온과 음이온의 크기 차이가 충분히 크면 큰 음이온이 서로 접촉하고 더 작은 양이온이 음이온 사이의 공극에 위치한다고 가정합니다. 될거야:
양이온의 반경은 다음과 같습니다.
공유 반지름
공유 반지름은 원자간 거리(결합 길이)의 절반으로 정의됩니다.
또한 공유 반경을 계산할 때 원자 사이의 거리와 중심 원자의 혼성화 유형을 줄이는 다중 결합을 형성하는 일부 요소의 능력이 고려됩니다.
반 데르 발스 반경은 분자간 힘에 의해서만 서로 연결된 원자에 대해 계산됩니다. 원자 중심 사이의 거리의 절반으로 계산: .
원자 및 이온 반경을 계산하는 방법이 다르기 때문에 많은 수의 반경 테이블이 있습니다.
이온 결정
결정으로 양이온과 음이온의 조합은 전하의 쿨롱 인력으로 인해 수행됩니다. 분자에서 전하는 힘과 상호 작용합니다. 값 아르 자형두 이온 사이의 거리입니다. 이 거리가 무한히 멀면 힘은 0입니다. 유한한 거리에서 반대 전하를 띠는 두 이온의 상호 작용력은 음이며 인력에 해당하고 이온은 안정적인 결합 상태에 해당하는 최소 허용 거리에 접근하는 경향이 있습니다. 동일한 전하를 띤 두 이온의 상호 작용력은 양의 값으로 반발력에 해당합니다. 이온은 흩어지는 경향이 있으며 어떤 거리에서도 안정적인 연결을 형성하지 않습니다. 따라서 결정 형성 에너지는 음수여야 합니다. 이 조건은 이온 결정이 형성되는 동안 실현됩니다.
이온 결정에는 분자가 없으므로 구조 단위 사이에 경계가 없습니다. 이온은 힘 필드가 공간의 모든 방향으로 균일하게 분포된 하전된 구체로 생각할 수 있습니다. 따라서 각 이온은 반대 부호의 이온을 어떤 방향으로든 끌어 당길 수 있으므로 이온 결합 방향이 없습니다.
반대 부호의 두 이온의 상호 작용은 힘장의 완전한 상호 보상으로 이어질 수 없습니다. 이 때문에 그들은 반대 부호의 이온을 다른 방향으로 끌어당기는 능력을 유지합니다. 따라서 이온 결합 포화되지 않습니다.
양이온은 가능한 한 많은 음이온으로 자신을 둘러싸는 경향이 있으므로 서로 동일한 부호의 이온이 쿨롱 반발하는 것이 양이온과 음이온의 상호 쿨롱 인력에 의해 보상됩니다. 따라서 이온 유형의 화학 결합을 갖는 구조는 높은 배위수와 가장 조밀한 구형 패킹이 특징입니다. 이온 결정의 대칭성은 일반적으로 높습니다.
이온 유형의 화학 결합을 갖는 결정질 물질은 유전 특성, 취성, 경도 및 밀도의 평균값, 낮은 열 및 전기 전도성이 특징입니다.
원자 이온; 분자 또는 결정에서 이러한 원자 또는 이온을 나타내는 구의 반지름의 의미를 갖습니다. 원자 반경은 분자와 결정의 핵간(원자간) 거리를 근사화하는 것을 가능하게 합니다.
고립된 원자의 전자 밀도는 핵과의 거리가 멀어질수록 급격히 감소하므로 원자의 반경은 전자 밀도의 주요 부분(예: 99%)이 다음과 같은 구의 반경으로 정의할 수 있습니다. 집중된. 그러나 핵간 거리를 추정하려면 원자 반경을 다른 방식으로 해석하는 것이 더 편리한 것으로 판명되었습니다. 이것은 원자 반경의 다양한 정의와 시스템으로 이어졌습니다.
X 원자의 공유 반지름은 단순 X-X 화학 결합 길이의 절반으로 정의됩니다. 따라서 할로겐의 경우 공유 반지름은 X 2 분자의 평형 핵간 거리, 황 및 셀레늄의 경우 - S 8 및 Se 8 분자의 경우, 탄소의 경우 - 다이아몬드 결정에서 계산됩니다. 예외는 공유 원자 반경이 30pm으로 가정되는 수소 원자이며 H 2 분자의 핵간 거리의 절반은 37pm입니다. 공유 결합이 있는 화합물의 경우 일반적으로 가산 원리가 충족되어(X–Y 결합 길이는 X 및 Y 원자의 원자 반지름의 합과 대략 같음) 결합 길이를 예측할 수 있습니다. 다원자 분자에서.
이온 반경은 한 쌍의 이온(예: X + 및 Y -)에 대한 합이 해당 이온 결정에서 가장 짧은 핵간 거리와 동일한 값으로 정의됩니다. 이온 반경에는 여러 시스템이 있습니다. 시스템은 반지름과 다른 이온의 반지름을 계산하기 위한 기초로 사용되는 이온에 따라 개별 이온에 대한 수치가 다릅니다. 예를 들어 Pauling에 따르면 이것은 O 2- 이온의 반경이며 140pm과 동일합니다. Shannon에 따르면 - 동일한 이온의 반경은 121pm과 동일합니다. 이러한 차이에도 불구하고 이온 결정에서 핵간 거리를 계산하는 다른 시스템은 거의 동일한 결과를 초래합니다.
금속 반지름은 금속의 결정 격자에서 원자 사이의 최단 거리의 절반으로 정의됩니다. 패킹 유형이 다른 금속 구조의 경우 이러한 반경이 다릅니다. 다양한 금속의 원자 반경 값의 근접성은 종종 이러한 금속에 의한 고용체 형성 가능성을 나타내는 역할을 합니다. 반지름의 가산성은 금속간 화합물의 결정 격자 매개변수를 예측하는 것을 가능하게 합니다.
반 데르 발스 반지름은 합이 서로 다른 분자 또는 동일한 분자의 서로 다른 원자 그룹의 화학적으로 관련이 없는 두 원자가 접근할 수 있는 거리와 같은 양으로 정의됩니다. 평균적으로 반 데르 발스 반지름은 공유 반지름보다 약 80pm 더 큽니다. 반 데르 발스 반지름은 분자 구조의 안정성과 결정에서 분자의 구조적 순서를 해석하고 예측하는 데 사용됩니다.
조명 : Housecroft K., Constable E. 일반 화학의 현대 과정. M., 2002. T. 1.
유효 원자 반경 - 참조. 원자 반경.
지질 사전: 2권. - 남: 네드라. K. N. Paffengolts et al. 편집. 1978 .
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원자 또는 이온의 유효 반경은 작용 구의 반경으로 이해되며 원자(이온)는 비압축성 공으로 간주됩니다. 원자의 행성 모델을 사용하여 전자가 궤도에서 회전하는 핵으로 표현됩니다. Mendeleev의 주기율표의 원소 순서는 전자 껍질을 채우는 순서에 해당합니다. 이온의 유효 반경은 전자 껍질의 점유에 따라 다르지만 외부 궤도의 반경과 같지 않습니다. 유효 반지름을 결정하기 위해 결정 구조의 원자(이온)는 단단한 볼과 접촉하는 것으로 표시되므로 중심 사이의 거리는 반지름의 합과 같습니다. 원자 및 이온 반경은 원자간 거리의 X선 측정으로부터 실험적으로 결정되었고 양자 역학 개념에 기초하여 이론적으로 계산되었습니다.
이온 반경의 크기는 다음 법칙을 따릅니다.
1. 주기율표의 한 수직 행 내에서 전자 껍질의 수가 증가하고 따라서 원자의 크기가 증가하기 때문에 동일한 전하를 가진 이온의 반지름은 원자 번호가 증가함에 따라 증가합니다.
2. 동일한 원소의 경우 이온 반경은 음전하가 증가함에 따라 증가하고 양전하가 증가함에 따라 감소합니다. 음이온의 반지름은 양이온의 반지름보다 큽니다. 음이온은 전자가 과도하고 양이온은 결핍이 있기 때문입니다. 예를 들어, Fe, Fe 2+, Fe 3+의 경우 유효 반경은 각각 0.126, 0.080 및 0.067 nm이고, Si 4-, Si, Si 4+의 경우 유효 반경은 0.198, 0.118 및 0.040 nm입니다.
3. 원자와 이온의 크기는 멘델레예프 시스템의 주기성을 따릅니다. 예외는 원자 반경이 증가하지 않지만 균일하게 감소하는 57번(란타늄)부터 71번(루테튬)까지의 원소와 89번(악티늄) 이후의 원소(소위 란탄족 수축)입니다. 소위 악티노이드 수축).
화학 원소의 원자 반경은 배위 수에 따라 다릅니다. 배위 수의 증가는 항상 원자 간 거리의 증가를 동반합니다. 이 경우 두 개의 다른 배위수에 해당하는 원자 반지름 값 간의 상대적인 차이는 화학 결합의 유형에 의존하지 않습니다(비교된 배위수가 있는 구조의 결합 유형이 동일한 경우). 배위수의 변화에 따른 원자 반경의 변화는 다형성 변환 동안 체적 변화의 크기에 상당한 영향을 미칩니다. 예를 들어, 철이 냉각되면 906 ° C에서 발생하는 면심 입방 변형에서 체심 입방 변형으로의 변형은 9 %의 부피 증가를 동반해야하며 실제로 부피의 증가는 0.8입니다. %. 이는 배위수가 12에서 8로 변경되어 철의 원자 반경이 3% 감소하기 때문입니다. 즉, 다형성 변환 중 원자 반지름의 변화는 이 경우 원자 반지름이 변경되지 않은 경우 발생해야 하는 체적 변화를 크게 보상합니다. 원소의 원자 반지름은 같은 배위수로만 비교할 수 있습니다.
원자(이온) 반경은 또한 화학 결합의 유형에 따라 다릅니다.
금속 결합이 있는 결정에서 원자 반경은 가장 가까운 원자 사이의 원자간 거리의 절반으로 정의됩니다. 고용체의 경우 금속 원자 반경은 복잡한 방식으로 변합니다.
공유 결합이 있는 요소의 공유 반지름은 단일 공유 결합으로 연결된 가장 가까운 원자 사이의 원자간 거리의 절반으로 이해됩니다. 공유 반지름의 특징은 동일한 배위 번호를 가진 다른 공유 구조에서 불변성입니다. 따라서 다이아몬드와 포화 탄화수소에서 단일 C-C 결합의 거리는 동일하고 0.154 nm와 같습니다.
이온 결합이 있는 물질의 이온 반경은 가장 가까운 이온 사이의 거리 합의 절반으로 정의할 수 없습니다. 일반적으로 양이온과 음이온의 크기는 크게 다릅니다. 또한 이온의 대칭은 구형과 다릅니다. 이온 반경 값을 추정하는 몇 가지 접근 방식이 있습니다. 이러한 접근 방식을 기반으로 원소의 이온 반경을 추정하고 실험적으로 결정된 원자간 거리로부터 다른 원소의 이온 반경을 결정한다.
반 데르 발스 반경은 희가스 원자의 유효 크기를 결정합니다. 또한 반 데르 발스 원자 반경은 화학적으로 결합되지 않은 가장 가까운 동일한 원자 사이의 핵간 거리의 절반으로 간주됩니다. 다른 분자에 속합니다(예: 분자 결정에서).
계산 및 구성에서 원자(이온) 반경 값을 사용할 때 해당 값은 하나의 시스템에 따라 작성된 테이블에서 가져와야 합니다.
원자의 중요한 특성은 크기, 즉 원자 반경입니다. 개별 원자의 크기는 결정되지 않습니다. 원자핵 주변 공간의 다양한 지점에서 전자가 확률적으로 존재하기 때문에 외부 경계가 흐려지기 때문입니다. 이 때문에 원자 사이의 결합 유형에 따라 금속, 공유, 반 데르 발스, 이온 및 기타 원자 반경이 구별됩니다.
"금속" 반경(r me)배위수가 12인 단순 물질의 결정 구조에서 가장 짧은 원자간 거리를 반으로 나누어 발견됩니다. c.h의 다른 값에서. 필요한 수정이 고려됩니다.
가치 공유 반경(r cov)동종 원자 결합 길이의 절반으로 계산됩니다. 단일 동종 원자 결합의 길이를 결정할 수 없는 경우, A 원소 원자의 r cov 값은 헤테로 원자 결합 A-B의 길이에서 원소 B 원자의 공유 반경을 빼서 구합니다. 공유 반지름은 주로 내부 전자 껍질의 크기에 따라 달라집니다.
원자가가 결합되지 않은 원자의 반경 - 반 데르 발스 반지름(r w)채워진 에너지 준위의 반발력으로 인해 원자의 유효 크기를 결정합니다.
Slater의 규칙에 의해 결정되는 전자 에너지 값. 상대 값 - 원자의 겉보기 크기 - r cmp(경험적 반지름)를 추정하는 것을 가능하게 했습니다.
결합 길이는 옹스트롬으로 표시됩니다(1 Å = 0.1 nm = 100 pm).
| 요소 | 나 | r cov | 우 | r cmp |
| 시간 | 0.46 | 0.37 | 1.20 | 0.25 |
| 그 | 1.22 | 0.32 | 1.40 | - |
| 리 | 1.55 | 1.34 | 1.82 | 1.45 |
| ~이다 | 1.13 | 0.90 | - | 1.05 |
| 비 | 0.91 | 0.82 | - | 0.85 |
| 씨 | 0.77 | 0.77 | 1.70 | 0.70 |
| N | 0.71 | 0.75 | 1.55 | 0.65 |
| 영형 | - | 0.73 | 1.52 | 0.60 |
| 에프 | - | 0.71 | 1.47 | 0.50 |
| 네 | 1.60 | 0.69 | 1.54 | - |
| 나 | 1.89 | 1.54 | 2.27 | 1.80 |
| mg | 1.60 | 1.30 | 1.73 | 1.50 |
| 알 | 1.43 | 1.18 | - | 1.25 |
| 시 | 1.34 | 1.11 | 2.10 | 1.10 |
| 피 | 1.30 | 1.06 | 1.80 | 1.00 |
| 에스 | - | 1.02 | 1.80 | 1.00 |
| 클 | - | 0.9 | 1.75 | 1.00 |
| 아르 | 1.92 | 0.97 | 1.88 | - |
| 케이 | 2.36 | 1.96 | 2.75 | 2.20 |
| 카 | 1.97 | 1.74 | - | 1.80 |
| 남 | 1.64 | 1.44 | - | 1.60 |
| 티 | 1.46 | 1.36 | - | 1.40 |
| V | 1.34 | 1.25 | - | 1.35 |
| 크롬 | 1.27 | 1.27 | - | 1.40 |
| 미네소타 | 1.30 | 1.39 | - | 1.40 |
| 철 | 1.26 | 1.25 | - | 1.40 |
| 공동 | 1.25 | 1.26 | - | 1.35 |
| 니 | 1.24 | 1.21 | 1.63 | 1.35 |
| 구 | 1.28 | 1.38 | 1.40 | 1.35 |
| 아연 | 1.39 | 1.31 | 1.39 | 1.35 |
| 가 | 1.39 | 1.26 | 1.87 | 1.30 |
| 게 | 1.39 | 1.22 | - | 1.25 |
| 같이 | 1.48 | 1.19 | 1.85 | 1.15 |
| 세 | 1.60 | 1.16 | 1.90 | 1.15 |
| 브르 | - | 1.14 | 1.85 | 1.15 |
| 크 | 1.98 | 1.10 | 2.02 | - |
| Rb | 2.48 | 2.11 | - | 2.35 |
| 시니어 | 2.15 | 1.92 | - | 2.00 |
| 와이 | 1.81 | 1.62 | - | 1.80 |
| Zr | 1.60 | 1.48 | - | 1.55 |
| NB | 1.45 | 1.37 | - | 1.45 |
| 모 | 1.39 | 1.45 | - | 1.45 |
| Tc | 1.36 | 1.56 | - | 1.35 |
| 루 | 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 |
| 입력 | 1.66 | 1.44 | 1.93 | 1.55 |
| sn | 1.58 | 1.41 | 2.17 | 1.45 |
| 테 | 1.70 | 1.35 | 2.06 | 1.40 |
| 나 | - | 1.33 | 1.98 | 1.40 |
| 세 | 2.18 | 1.30 | 2.16 | - |
| Cs | 2.68 | 2.25 | - | 2.60 |
| 바 | 2.21 | 1.98 | - | 2.15 |
| 라 | 1.87 | 1.69 | - | 1.95 |
| 세륨 | 1.83 | - | - | 1.85 |
| 홍보 | 1.82 | - | - | 1.85 |
| Nd | 1.82 | - | - | 1.85 |
| 오후 | - | - | - | 1.85 |
| SM | 1.81 | - | - | 1.85 |
| 유럽 연합 | 2.02 | - | - | 1.80 |
| 신 | 1.79 | - | - | 1.80 |
| 결핵 | 1.77 | - | - | 1.75 |
| 다이 | 1.77 | - | - | 1.75 |
| 호 | 1.76 | - | - | 1.75 |
| 어 | 1.75 | - | - | 1.75 |
| 티엠 | 1.74 | - | - | 1.75 |
| Yb | 1.93 | - | - | 1.75 |
| 루 | 1.74 | 1.60 | - | 1.75 |
| 에프 | 1.59 | 1.50 | - | 1.55 |
| 고마워 | 1.46 | 1.38 | - | 1.45 |
| 여 | 1.40 | 1.46 | - | 1.35 |
| 답장 | 1.37 | 1.59 | - | 1.35 |
| 오스 | 1.35 | 1.28 | - | 1.30 |
| 이르 | 1.35 | 1.37 | - | 1.35 |
| 태평양 표준시 | 1.38 | 1.28 | 1.75 | 1.35 |
| 오 | 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 |
| 납 | 1.75 | 1.47 | 2.02 | 1.80 |
| 바이 | 1.82 | 1.46 | - | 1.60 |
| 포 | - | - | - | 1.90 |
| ~에 | - | - | - | - |
| Rn | - | 1.45 | - | - |
| 정말로 | 2.80 | - | - | - |
| 라 | 2.35 | - | - | 2.15 |
| 교류 | 2.03 | - | - | 1.95 |
| 일 | 180 | - | - | 1.80 |
| 아빠 | 1.62 | - | - | 1.80 |
| 유 | 1.53 | - | 1.86 | 1.75 |
| 넵 | 1.50 | - | - | 1.75 |
| 푸 | 1.62 | - | - | 1.75 |
| 오전 | - | - | - | 1.75 |
원자 반경의 일반적인 경향은 다음과 같습니다. 그룹에서 원자 반지름은 에너지 준위 수가 증가함에 따라 주요 양자 수 값이 큰 원자 궤도의 크기가 증가하기 때문에 증가합니다. 원자가 이전 에너지 준위의 궤도를 채우는 d-원소의 경우, 이러한 경향은 5주기의 원소에서 6주기의 원소로 이행하는 동안 뚜렷한 특성을 갖지 않습니다.
짧은 기간에 원자의 반지름은 일반적으로 감소합니다. 그 이유는 다음 요소로의 전이 동안 핵 전하가 증가하면 힘이 증가하면서 외부 전자의 인력이 증가하기 때문입니다. 동시에 에너지 준위의 수는 일정하게 유지됩니다.
d-요소에 대한 주기의 원자 반경 변화는 더 복잡합니다.
원자 반경의 값은 이온화 에너지와 같은 원자의 중요한 특성과 매우 밀접한 관련이 있습니다. 원자는 하나 이상의 전자를 잃어 양전하를 띤 이온(양이온)으로 변할 수 있습니다. 이 능력은 이온화 에너지로 정량화됩니다.
중고 문헌 목록
- 팝코프 V.A., Puzakov S. A. 일반 화학: 교과서. - M.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 p.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [에서. 27-28]
- Volkov, A.I., Zharsky, I.M.큰 화학 참고서 / A.I. 볼코프, I.M. 자르스키. - 민스크: 현대 학교, 2005. - 608, ISBN 985-6751-04-7.
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