Długość wiązania i efektywne promienie atomów i jonów. Promień atomowy: co to jest i jak określić W związku z promieniem atomowym

Podział wiązania chemicznego na typy jest warunkowy.

Dla wiązania metalicznego, ze względu na przyciąganie elektronów i jonów metali, charakterystyczne są pewne oznaki wiązania kowalencyjnego, jeśli weźmiemy pod uwagę nakładanie się orbitali atomowych atomów. W tworzeniu wiązania wodorowego, oprócz oddziaływania elektrostatycznego, ważną rolę odgrywa charakter oddziaływania donor-akceptor.

Niemożliwe jest również wytyczenie ostrej granicy między jonowymi i kowalencyjnymi wiązaniami polarnymi. Niemożliwe jest przypisanie wiązania metal-niemetal do typu jonowego. Zwyczajowo bierze się pod uwagę wiązanie jonowe między atomami, których różnica elektroujemności jest większa lub równa 2 (w skali Paulinga). Na przykład w tlenku sodu wiązanie Na 2 O (3,44 - 0,93 = 2,51) jest wiązaniem jonowym, a w bromku magnezu MgBr jest to kowalencyjne wiązanie polarne (2,96 - 1,31 = 1,65).

W rzeczywistych substancjach nie występują wszystkie rodzaje wiązań chemicznych w czystej postaci. W przypadku większości związków typ wiązania jest pośredni. Jest to możliwe, ponieważ natura wiązania chemicznego jest taka sama - to oddziaływanie elektrostatyczne elektronów i jąder wewnątrz i pomiędzy atomami znajdującymi się blisko i na odległość, kiedy zachodzi efektywne nakładanie się powłok elektronowych.

W związku z tym możliwe jest ciągłe przejście między wszystkimi granicznymi przypadkami: wiązaniem jonowym, kowalencyjnym, metalicznym i resztkowym. Wizualnie przejście można przedstawić jako czworościan, na którego wierzchołkach znajdują się skrajni przedstawiciele, wzdłuż krawędzi występują przejścia między dwoma typami, a na powierzchniach i wewnątrz objętości czworościanu występują złożone mieszane typy wiązań.

Efektywne promienie atomów i jonów

Pod efektywne promienie atomów i jonów zrozumieć promienie sfer atomów lub jonów, czyli minimalne odległości, w których środki sfer atomów lub jonów mogą zbliżyć się do powierzchni sąsiednich atomów.

Aby określić efektywny promień atomu lub jonu, strukturę kryształu przedstawia się jako ciągłe kule, których odległość jest równa sumie ich promieni. W zależności od rodzaju wiązania chemicznego pomiędzy jednostkami strukturalnymi kryształu wyróżnia się: promienie metaliczne, promienie jonowe, promienie kowalencyjne i promienie van der Waalsa.

metalowe promienie
Zdefiniowana jako połowa odległości między sąsiednimi atomami, uzyskana w wyniku analizy dyfrakcji rentgenowskiej:

promienie jonowe
Aby obliczyć promienie jonów, wychodzimy z założenia, że ​​przy wystarczająco dużej różnicy wielkości kationów i anionów, duże aniony będą się stykać, a mniejsze kationy będą znajdować się w pustkach między anionami, to promień anion będzie równy:

promień kationu to: .

promienie kowalencyjne
Promienie kowalencyjne definiuje się jako połowę odległości międzyatomowej (długość wiązania): .

Dodatkowo przy obliczaniu promienia kowalencyjnego bierze się pod uwagę zdolność niektórych pierwiastków do tworzenia wiązań wielokrotnych, które zmniejszają odległość między atomami oraz rodzaj hybrydyzacji atomu centralnego.

Promienie Van der Waalsa są obliczane dla atomów, które są połączone ze sobą tylko siłami międzycząsteczkowymi. Obliczana jako połowa odległości między środkami atomów: .

Ponieważ metody obliczania promieni atomowych i jonowych są różne, istnieje duża liczba tabel promieni.

Kryształy jonowe

Połączenie kationów i anionów w kryształ odbywa się dzięki przyciąganiu kulombowskiemu ładunków elektrycznych. W cząsteczce ładunki oddziałują z siłą. Wartość R to odległość między dwoma jonami. Jeśli ta odległość jest nieskończenie duża, siła wynosi zero. W skończonej odległości siła oddziaływania dwóch przeciwnie naładowanych jonów jest ujemna, co odpowiada przyciąganiu, jony mają tendencję do zbliżania się do minimalnej dopuszczalnej odległości, co odpowiada stabilnemu stanowi związanemu. Siła oddziaływania dwóch identycznie naładowanych jonów jest dodatnia, co odpowiada odpychaniu. Jony mają tendencję do rozpraszania się i nie tworzą stabilnego połączenia w żadnej odległości. Zatem energia tworzenia kryształów musi być ujemna. Warunek ten jest realizowany podczas tworzenia kryształu jonowego.

W kryształach jonowych nie ma cząsteczek, więc nie ma granic między jednostkami strukturalnymi. Jony można traktować jako naładowane kule, których pola sił są równomiernie rozłożone we wszystkich kierunkach w przestrzeni. Dlatego każdy jon może przyciągać do siebie jony o przeciwnym znaku w dowolnym kierunku, a więc wiązanie jonowe nie ma kierunku.

Oddziaływanie dwóch jonów o przeciwnych znakach nie może prowadzić do całkowitej wzajemnej kompensacji ich pól siłowych. Z tego powodu zachowują zdolność przyciągania jonów przeciwnego znaku w innych kierunkach. Dlatego wiązanie jonowe nie jest nasycony.

Kationy mają tendencję do otaczania się jak największą liczbą anionów, tak że odpychanie kulombowskie jonów tego samego znaku od siebie jest kompensowane przez wzajemne przyciąganie kulombowskie kationów i anionów. Dlatego struktury z jonowym typem wiązania chemicznego charakteryzują się wysokimi liczbami koordynacyjnymi i najgęstszymi upakowaniami kulistymi. Symetria kryształów jonowych jest zwykle wysoka.

Substancje krystaliczne o jonowym typie wiązania chemicznego charakteryzują się właściwościami dielektrycznymi, kruchością, średnimi wartościami twardości i gęstości, niską przewodnością cieplną i elektryczną.

Jony atomowe; mają znaczenie promieni sfer reprezentujących te atomy lub jony w cząsteczkach lub kryształach. Promienie atomowe umożliwiają przybliżenie odległości międzyjądrowych (międzyatomowych) w cząsteczkach i kryształach.

Gęstość elektronowa izolowanego atomu gwałtownie spada wraz ze wzrostem odległości od jądra, tak że promień atomu można zdefiniować jako promień kuli, w której główna część (na przykład 99%) gęstości elektronowej jest stężony. Jednak do oszacowania odległości międzyjądrowych wygodniejsze okazało się zinterpretowanie promieni atomowych w inny sposób. Doprowadziło to do różnych definicji i systemów promieni atomowych.

Promień kowalencyjny atomu X jest zdefiniowany jako połowa długości prostego wiązania chemicznego X-X. Tak więc dla halogenów promienie kowalencyjne są obliczane z odległości równowagowej w cząsteczce X 2, dla siarki i selenu - w cząsteczkach S 8 i Se 8, dla węgla - w krysztale diamentu. Wyjątkiem jest atom wodoru, dla którego przyjmuje się, że promień kowalencyjny atomu wynosi 30 pm, podczas gdy połowa odległości międzyjądrowej w cząsteczce H2 wynosi 37 pm. W przypadku związków z wiązaniem kowalencyjnym z reguły spełniona jest zasada addytywności (długość wiązania X–Y jest w przybliżeniu równa sumie promieni atomowych atomów X i Y), co umożliwia przewidywanie długości wiązań w cząsteczkach wieloatomowych.

Promienie jonowe definiuje się jako wartości, których suma dla pary jonów (na przykład X + i Y -) jest równa najkrótszej odległości międzyjądrowej w odpowiednich kryształach jonowych. Istnieje kilka systemów promieni jonowych; układy różnią się wartościami liczbowymi dla poszczególnych jonów, w zależności od tego, jaki promień i który jon jest traktowany jako podstawa do obliczania promieni innych jonów. Na przykład według Paulinga jest to promień jonu O 2 , wzięty równy 140 pm; według Shannona - promień tego samego jonu, wzięty równy 121 pm. Pomimo tych różnic, różne systemy obliczania odległości międzyjądrowych w kryształach jonowych dają w przybliżeniu takie same wyniki.

Promienie metaliczne definiuje się jako połowę najkrótszej odległości między atomami w sieci krystalicznej metalu. W przypadku konstrukcji metalowych różniących się rodzajem wypełnienia promienie te są różne. Bliskość wartości promieni atomowych różnych metali często służy jako wskazówka możliwości tworzenia stałych roztworów przez te metale. Addytywność promieni umożliwia przewidywanie parametrów sieci krystalicznych związków międzymetalicznych.

Promienie Van der Waalsa definiuje się jako wielkości, których suma jest równa odległości, do której mogą zbliżyć się dwa chemicznie niepowiązane atomy różnych cząsteczek lub różne grupy atomów tej samej cząsteczki. Średnio promienie van der Waalsa są o około 80 pm większe niż promienie kowalencyjne. Promienie Van der Waalsa są wykorzystywane do interpretacji i przewidywania stabilności konformacji molekularnych oraz strukturalnego uporządkowania cząsteczek w kryształach.

Lit.: Housecroft K., Constable E. Nowoczesny kurs chemii ogólnej. M., 2002. T. 1.

EFEKTYWNY PROMIEŃ ATOMOWY - patrz. promień atomowy.

Słownik geologiczny: w 2 tomach. - M.: Nedra. Pod redakcją K. N. Paffengoltsa i in.. 1978 .

Zobacz, co „EFEKTYWNY PROMIEŃ ATOMOWY” znajduje się w innych słownikach:

Wartość w Å charakteryzująca wielkość atomów. Zwykle pojęcie to rozumiane było jako efektywne RA, obliczane jako połowa odległości międzyatomowej (międzyjądrowej) w związkach homoatomowych, tj. w metalach i niemetalach. Ponieważ sam i... Encyklopedia geologiczna

Platyna- (Platyna) Platyna metaliczna, właściwości chemiczne i fizyczne platyny Platyna metaliczna, właściwości chemiczne i fizyczne platyny, produkcja i zastosowanie platyny Spis treści Sekcja 1. Pochodzenie nazwy platyna. Sekcja 2. Sytuacja w ... ... Encyklopedia inwestora

Charakterystyki umożliwiające przybliżone oszacowanie odległości międzyatomowych (międzyjądrowych) w cząsteczkach i kryształach. Promienie atomowe są rzędu 0,1 nm. Są one określane głównie na podstawie danych rentgenowskiej analizy strukturalnej. * * * ATOMOWY… … słownik encyklopedyczny

Metal- (Metal) Definicja metalu, właściwości fizyczne i chemiczne metali Definicja metalu, właściwości fizyczne i chemiczne metali, zastosowanie metali Spis treści Definicja Odkrywanie w naturze Właściwości Charakterystyczne właściwości ... ... Encyklopedia inwestora

94 Neptun ← Pluton → Americium Sm Pu ... Wikipedia

Żądanie „Lithium” przekierowuje tutaj; zobacz także inne znaczenia. Ten artykuł dotyczy pierwiastka chemicznego. Do użytku medycznego, patrz Preparaty litowe. 3 Hel ← Lit ... Wikipedia

55 ksenon ← cez → bar ... Wikipedia

Badania struktury w VA opierają się na badaniu rozkładu kątowego natężenia rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (w tym synchrotronu), strumienia elektronów lub neutronów oraz promieniowania Mössbauera g badanego w VA. Odp. wyróżnić… Encyklopedia chemiczna

Efektywny promień atomu lub jonu rozumiany jest jako promień sfery jego działania, a atom (jon) jest uważany za nieściśliwą kulę. Używając planetarnego modelu atomu, jest on reprezentowany jako jądro, wokół którego krążą po orbitach elektrony. Sekwencja pierwiastków w układzie okresowym Mendelejewa odpowiada kolejności wypełniania powłok elektronowych. Efektywny promień jonu zależy od zajętości powłok elektronowych, ale nie jest równy promieniowi orbity zewnętrznej. Aby określić efektywny promień, atomy (jony) w strukturze kryształu są reprezentowane jako stykające się ze sztywnymi kulami, tak że odległość między ich środkami jest równa sumie promieni. Promienie atomowe i jonowe wyznaczono eksperymentalnie na podstawie rentgenowskich pomiarów odległości międzyatomowych i obliczono teoretycznie na podstawie koncepcji mechaniki kwantowej.

Rozmiary promieni jonowych są zgodne z następującymi prawami:

1. W obrębie jednego pionowego rzędu układu okresowego promienie jonów o tym samym ładunku zwiększają się wraz ze wzrostem liczby atomowej, ponieważ wzrasta liczba powłok elektronowych, a tym samym rozmiar atomu.

2. Dla tego samego pierwiastka promień jonowy wzrasta wraz ze wzrostem ładunku ujemnego i maleje wraz ze wzrostem ładunku dodatniego. Promień anionu jest większy niż promień kationu, ponieważ anion ma nadmiar elektronów, podczas gdy kation ma niedobór. Na przykład dla Fe, Fe 2+, Fe 3+ efektywny promień wynosi odpowiednio 0,126, 0,080 i 0,067 nm, dla Si 4-, Si, Si 4+ efektywny promień wynosi 0,198, 0,118 i 0,040 nm.

3. Rozmiary atomów i jonów są zgodne z okresowością układu Mendelejewa; wyjątek stanowią pierwiastki od nr 57 (lantan) do nr 71 (lutet), gdzie promienie atomowe nie zwiększają się, ale zmniejszają się równomiernie (tzw. skurcz lantanowców) oraz pierwiastki od nr 89 (aktyn) i dalej ( tak zwany skurcz aktynoidalny).

Promień atomowy pierwiastka chemicznego zależy od liczby koordynacyjnej. Wzrostowi liczby koordynacyjnej zawsze towarzyszy wzrost odległości międzyatomowych. W tym przypadku względna różnica między wartościami promieni atomowych odpowiadających dwóm różnym liczbom koordynacyjnym nie zależy od rodzaju wiązania chemicznego (o ile rodzaj wiązania w strukturach o porównywanych liczbach koordynacyjnych jest taki sam). Zmiana promieni atomowych wraz ze zmianą liczby koordynacyjnej znacząco wpływa na wielkość zmian objętościowych podczas przekształceń polimorficznych. Na przykład, gdy żelazo jest schładzane, jego przemianie z sześciennej modyfikacji skoncentrowanej na twarzy w sześcienną modyfikację skoncentrowaną na ciele zachodzącą w temperaturze 906 ° C powinien towarzyszyć wzrost objętości o 9%, w rzeczywistości wzrost objętości wynosi 0,8 %. Wynika to z faktu, że ze względu na zmianę liczby koordynacyjnej z 12 na 8 promień atomowy żelaza zmniejsza się o 3%. Oznacza to, że zmiana promienia atomu podczas transformacji polimorficznych w dużej mierze kompensuje zmiany objętościowe, które musiałyby wystąpić, gdyby promień atomu nie zmienił się w tym przypadku. Promienie atomowe pierwiastków można porównać tylko z tą samą liczbą koordynacyjną.

Promienie atomowe (jonowe) również zależą od rodzaju wiązania chemicznego.

W kryształach z wiązaniem metalicznym promień atomowy definiuje się jako połowę odległości międzyatomowej między najbliższymi atomami. W przypadku roztworów stałych promienie atomów metali różnią się w sposób złożony.

Pod promieniami kowalencyjnymi pierwiastków z wiązaniem kowalencyjnym rozumie się połowę odległości międzyatomowej między najbliższymi atomami połączonymi pojedynczym wiązaniem kowalencyjnym. Cechą promieni kowalencyjnych jest ich stałość w różnych strukturach kowalencyjnych o tych samych liczbach koordynacyjnych. Zatem odległości w pojedynczych wiązaniach C-C w diamencie i węglowodorach nasyconych są takie same i wynoszą 0,154 nm.

Promienie jonowe w substancjach z wiązaniem jonowym nie mogą być zdefiniowane jako połowa sumy odległości między najbliższymi jonami. Z reguły rozmiary kationów i anionów znacznie się różnią. Ponadto symetria jonów różni się od sferycznej. Istnieje kilka podejść do szacowania wartości promieni jonowych. Na podstawie tych podejść szacowane są promienie jonowe pierwiastków, a następnie promienie jonowe innych pierwiastków są wyznaczane z eksperymentalnie wyznaczonych odległości międzyatomowych.

Promienie Van der Waalsa określają efektywne rozmiary atomów gazu szlachetnego. Ponadto za promienie van der Waalsa uważa się połowę odległości międzyjądrowej między najbliższymi identycznymi atomami, które nie są związane chemicznie, tj. należące do różnych cząsteczek (na przykład w kryształach molekularnych).

Stosując w obliczeniach i konstrukcjach wartości promieni atomowych (jonowych) ich wartości należy przyjąć z tabel zbudowanych według jednego systemu.

Ważną cechą atomu jest jego wielkość, czyli promień atomu. Wielkość pojedynczego atomu nie jest określona, ​​ponieważ jego zewnętrzna granica jest rozmyta z powodu probabilistycznej obecności elektronów w różnych punktach przestrzeni okołojądrowej. Z tego powodu, w zależności od rodzaju wiązania między atomami, rozróżnia się promienie metaliczne, kowalencyjne, van der Waalsa, jonowe i inne.

Promienie „metalowe” (r ja) znajdują się przez podzielenie na pół najkrótszych odległości międzyatomowych w strukturach krystalicznych prostych substancji o liczbie koordynacyjnej 12. Przy innych wartościach c.h. uwzględniana jest niezbędna korekta.

Wartości promienie kowalencyjne (r cov) obliczona jako połowa długości wiązania homoatomowego. Jeśli nie jest możliwe określenie długości pojedynczego wiązania homoatomowego, wartość r cov atomu pierwiastka A otrzymuje się odejmując promień kowalencyjny atomu pierwiastka B od długości wiązania heteroatomowego A-B. Promienie kowalencyjne zależą głównie od wielkości wewnętrznej powłoki elektronowej.

Promienie atomów niezwiązanych walencyjnie - promienie van der Waalsa (r w) określić efektywne rozmiary atomów ze względu na siły odpychania wypełnionych poziomów energetycznych.

Wartości energii elektronów określone przez reguły Slatera. umożliwiło oszacowanie względnej wartości - pozornej wielkości atomu - r cmp (promień empiryczny).

Długość wiązania podaje się w angstremach (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).

Element	r ja	r cov	rw	r cmp
H	0.46	0.37	1.20	0.25
On	1.22	0.32	1.40	-
Li	1.55	1.34	1.82	1.45
Być	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
Glin	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
Ca	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
współ	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
Jak	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
płyta CD	1.56	1.48	1.58	1.55
W	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
I	-	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
Po południu	-	-	-	1.85
sm	1.81	-	-	1.85
Eu	2.02	-	-	1.80
Bóg	1.79	-	-	1.80
Tb	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
Odnośnie	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
Na	-	-	-	-
Rn	-	1.45	-	-
Fr	2.80	-	-	-
Ra	2.35	-	-	2.15
AC	2.03	-	-	1.95
Cz	180	-	-	1.80
Rocznie	1.62	-	-	1.80
U	1.53	-	1.86	1.75
Np	1.50	-	-	1.75
Pu	1.62	-	-	1.75
Jestem	-	-	-	1.75

Ogólny trend promieni atomowych jest następujący. W grupach promienie atomowe rosną, ponieważ wraz ze wzrostem liczby poziomów energetycznych wzrastają rozmiary orbitali atomowych o dużej wartości głównej liczby kwantowej. Dla pierwiastków d, w których atomach wypełnione są orbitale poprzedniego poziomu energetycznego, tendencja ta nie ma wyraźnego charakteru podczas przejścia z pierwiastków okresu piątego do pierwiastków okresu szóstego.

W małych okresach promienie atomów na ogół maleją, ponieważ wzrost ładunku jądra podczas przejścia do każdego kolejnego pierwiastka powoduje przyciąganie zewnętrznych elektronów ze wzrastającą siłą; liczba poziomów energii w tym samym czasie pozostaje stała.

Zmiana promienia atomowego w okresach dla pierwiastków d jest bardziej złożona.

Wartość promienia atomu jest dość ściśle związana z tak ważną cechą atomu, jaką jest energia jonizacji. Atom może stracić jeden lub więcej elektronów, zamieniając się w dodatnio naładowany jon - kation. Ta zdolność jest określana ilościowo przez energię jonizacji.

Lista wykorzystanej literatury

1. Popkov V.A., Puzakov S. A. Chemia ogólna: podręcznik. - M.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 s.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [z. 27-28]
2. Wołkow, AI, Żarski, I.M. Duża książka chemiczna / A.I. Wołkow, I.M. Żarskiego. - Mińsk: Nowoczesna szkoła, 2005. - 608 z ISBN 985-6751-04-7.