- Hoe wordt de atoomstraal gemeten?
- Bepaling van de internucleaire afstand
- Eenheden
- Hoe verandert het in het periodiek systeem?
- Over een periode
- Afdalen door een groep
- Lanthanide samentrekking
- Voorbeelden
- Referenties
De atomaire straal is een belangrijke parameter voor de periodieke eigenschappen van de elementen van het periodiek systeem. Het is direct gerelateerd aan de grootte van de atomen, want hoe groter de straal, hoe groter of volumineuzer ze zijn. Evenzo is het gerelateerd aan hun elektronische kenmerken.
Hoe meer elektronen een atoom heeft, hoe groter de atomaire afmeting en straal. Beide worden gedefinieerd door de elektronen van de valentieschil, omdat op afstanden buiten hun banen de kans om een elektron te vinden nul nadert. Het tegenovergestelde doet zich voor in de buurt van de kern: de kans op het vinden van een elektron neemt toe.
Bron: Pexels
De bovenste afbeelding stelt een verpakking van katoenen ballen voor. Merk op dat elk wordt omringd door zes buren, een andere mogelijke bovenste of onderste rij niet meegerekend. Hoe de katoenen ballen worden samengeperst, bepaalt hun afmetingen en dus hun radii; net als bij atomen.
De elementen volgens hun chemische aard interageren op de een of andere manier met hun eigen atomen. Bijgevolg varieert de grootte van de atoomstraal afhankelijk van het type binding dat aanwezig is en de vaste pakking van zijn atomen.
Hoe wordt de atoomstraal gemeten?
Bron: Gabriel Bolívar
In de hoofdafbeelding kan het eenvoudig zijn om de diameter van de wattenbolletjes te meten en deze vervolgens door twee te delen. De sfeer van een atoom is echter niet volledig gedefinieerd. Waarom? Omdat elektronen circuleren en diffunderen in specifieke delen van de ruimte: de orbitalen.
Daarom kan het atoom worden beschouwd als een bol met ongrijpbare randen, waarvan het onmogelijk is om met zekerheid te zeggen hoe ver ze eindigen. In de bovenstaande afbeelding vertoont het gebied van het midden, dicht bij de kern, bijvoorbeeld een intensere kleur, terwijl de randen wazig zijn.
De afbeelding stelt een diatomisch E 2- molecuul voor (zoals Cl 2 , H 2 , O 2 , enz.). Ervan uitgaande dat de atomen bolvormige lichamen zijn, zou het voldoende zijn om de afstand d die beide kernen in de covalente binding scheidt, te bepalen in twee helften (d / 2) om de atoomstraal te verkrijgen; meer precies, de covalente straal van E voor E 2 .
Wat als E geen covalente banden met zichzelf zou vormen, maar in plaats daarvan een metaalachtig element was? Dan wordt d aangegeven door het aantal buren die E in zijn metalen structuur omringen; dat wil zeggen door het coördinatiegetal (NC) van het atoom in de verpakking (denk aan de wattenbolletjes in de hoofdafbeelding).
Bepaling van de internucleaire afstand
Om d te bepalen, de internucleaire afstand voor twee atomen in een molecuul of verpakking, zijn fysische analysetechnieken vereist.
Een van de meest gebruikte is röntgendiffractie, waarin een lichtbundel door een kristal wordt gestraald en het diffractiepatroon als gevolg van de interacties tussen elektronen en elektromagnetische straling wordt bestudeerd. Afhankelijk van de pakking kunnen verschillende diffractiepatronen worden verkregen en dus andere waarden van d.
Als de atomen "strak" in het kristalrooster zitten, zullen ze verschillende waarden van d vertonen in vergelijking met wat ze zouden hebben als ze "comfortabel" waren. Ook kunnen deze internucleaire afstanden in waarden fluctueren, zodat de atoomradius eigenlijk een gemiddelde waarde is van dergelijke metingen.
Hoe zijn de atoomstraal en het coördinatiegetal gerelateerd? V. Goldschmidt legde een relatie tussen de twee vast, waarbij voor een NC van 12 de relatieve waarde 1 is; 0,97 voor een pakking waarbij het atoom NC heeft gelijk aan 8; 0,96, voor een NC gelijk aan 6; en 0,88 voor een NC van 4.
Eenheden
Beginnend met de waarden voor NC gelijk aan 12, zijn veel van de tabellen geconstrueerd waarin de atoomstralen van alle elementen van het periodiek systeem worden vergeleken.
Omdat niet alle elementen zulke compacte structuren vormen (NC kleiner dan 12), wordt de V. Goldschmidt-relatie gebruikt om hun atoomstralen te berekenen en uit te drukken voor dezelfde pakking. Op deze manier zijn de metingen van de atoomradius gestandaardiseerd.
Maar in welke eenheden worden ze uitgedrukt? Omdat d van een zeer kleine omvang is, moet men zijn toevlucht nemen tot de eenheden van de ångström Å (10 ∙ 10-10 m) of ook algemeen gebruikt, de picometer (10 ∙ 10 -12 m).
Hoe verandert het in het periodiek systeem?
Over een periode
De atoomstralen bepaald voor metalen elementen worden metallische stralen genoemd, terwijl voor niet-metalen elementen covalente stralen (zoals fosfor, P 4 of zwavel, S 8 ). Tussen de twee soorten spaken is er echter een duidelijker onderscheid dan dat van de naam.
In dezelfde periode voegt de kern van links naar rechts protonen en elektronen toe, maar deze laatste zijn beperkt tot hetzelfde energieniveau (hoofdkwantumgetal). Als gevolg hiervan oefent de kern een toenemende effectieve nucleaire lading uit op de valentie-elektronen, waardoor de atoomstraal samentrekt.
Op deze manier hebben niet-metalen elementen in dezelfde periode de neiging om kleinere atomaire (covalente) stralen te hebben dan metalen (metallische stralen).
Afdalen door een groep
Terwijl je door een groep afdaalt, worden nieuwe energieniveaus ingeschakeld, waardoor de elektronen meer ruimte krijgen. De elektronenwolk legt dus grotere afstanden af, de wazige periferie beweegt uiteindelijk verder weg van de kern, en daarom wordt de atoomstraal groter.
Lanthanide samentrekking
De elektronen in de binnenschil helpen de effectieve nucleaire lading op de valentie-elektronen te beschermen. Wanneer de orbitalen waaruit de binnenschillen bestaan veel "gaten" (knooppunten) hebben, zoals bij de f orbitalen, trekt de kern de atoomstraal sterk samen vanwege hun slechte afschermende effect.
Dit feit blijkt uit de lanthanide-contractie in periode 6 van het periodiek systeem. Van La naar Hf is er een aanzienlijke samentrekking van de atoomstraal als gevolg van de f-orbitalen, die “vollopen” naarmate het f-blok wordt doorlopen: die van de lanthanoïden en actinoïden.
Een soortgelijk effect is ook waar te nemen met de elementen van het pa-blok uit periode 4. Dit keer als gevolg van de zwakke afschermende werking van de d-orbitalen die zich vullen bij het passeren van de overgangsmetaalperioden.
Voorbeelden
Voor periode 2 van het periodiek systeem zijn de atoomstralen van zijn elementen:
-Li: 257 uur
-Be: 112 uur
-B: 88 uur
-C: 77 uur
-N: 74 uur
-O: 66 uur
-F: 64 uur
Merk op dat lithiummetaal de grootste atoomstraal heeft (257 pm), terwijl fluor, uiterst rechts van de periode, de kleinste van allemaal is (64 pm). De atoomstraal daalt in dezelfde periode van links naar rechts, en de vermelde waarden bewijzen het.
Lithium, bij het vormen van metallische bindingen, heeft een metallische straal; en fluor, aangezien het covalente bindingen (FF) vormt, is de straal covalent.
Wat als u de atoomstralen in Angstrom-eenheden wilt uitdrukken? Deel ze gewoon door 100: (257/100) = 2,57Å. En zo verder met de rest van de waarden.
Referenties
- Chemistry 301. Atomic Radii. Hersteld van: ch301.cm.utexas.edu
- Stichting CK-12. (2016, 28 juni). Atomaire straal. Hersteld van: chem.libretexts.org
- Trends in Atomic Radii. Genomen uit: intro.chem.okstate.edu
- Clackamas Community College. (2002). Atomaire grootte. Hersteld van: dl.clackamas.edu
- Clark J. (augustus 2012). Atomaire en Ionische straal. Hersteld van: chemguide.co.uk
- Shiver & Atkins. (2008). Anorganische scheikunde. (Vierde editie, blz. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill.