原子半径とイオン半径

はじめに

化学の魅力的な世界では、原子やイオンの大きさを理解することが重要です。「原子半径」と「イオン半径」という用語はそれぞれ、原子とイオンの大きさを指します。これらの概念は、化学反応や結合における元素の挙動を予測し、説明するために重要です。これらの性質について詳しく学び、その周期的な傾向を理解しましょう。

原子半径

元素の原子半径は、原子の核の中心から電子雲の最外殻までの距離です。この測定は、原子の大きさと、周期表全体でどのように変化するかを化学者が理解するのに役立ちます。電子雲は明確に定義されていないため、原子半径は通常、異なる状況での原子の結合方式に関連して、いくつかの方法で決定されます。

通常、原子半径はピコメートル（pm）またはアンストローム（Å）で測定され、1 Åは100 pmに相当します。

共有結合半径

それは、結合した2つの同一の原子間の距離の半分です。これは非金属でよく使用され、原子が共有結合を形成する場合に一般的です。

d_A = 2 * r_c :r_c = 共有結合半径 :d_A = 同一原子の2核間の距離

金属性半径

それは、金属に役立ち、原子が非常に近くにある場合です。それは金属格子内の隣接する2つの原子間の距離の半分です。

原子半径の周期的傾向

原子半径は周期表の周期とグループを移動するにつれて変化します。これらの傾向を理解することは、元素がどのように相互作用するかを予測するのに基本的です。

周期の傾向

周期内を左から右に移動すると、原子半径は減少します。これは、原子核への陽子の追加による核電荷の増加、そしてそれが電子を核に近づけるためです。このため、原子半径の大きさは減少します。

グループの下降傾向

周期表のグループを下に進むと、原子半径は増加します。この傾向は、連続する各元素に新しい電子殻が追加されるためです。効果的な核電荷の増加にもかかわらず、それに対する影響は、核から電子の平均距離の増加により減少します。

イオン半径

イオン半径は原子のイオンの半径であり、1つまたはそれ以上の電子を失ったり、得たりした後の原子の大きさを測定します。イオンは陽イオンと陰イオンの2種類に分類できます。

陽イオン

陽イオンは電子の喪失によって形成される正に帯電したイオンです。電子が失われるため、結果として生じるイオン内の電子同士の反発が減少し、残りの電子が核により近づけられます。結果として、陽イオンのイオン半径は親原子のそれよりも小さくなります。

例えば、ナトリウムを考えると：

Na → Na⁺ + e⁻

Na +イオンの半径は、中性のナトリウム原子のそれよりも小さくなります。電子が1つ少ないためです。

陰イオン

陰イオンは電子の増加によって形成される負に帯電したイオンです。追加の電子の増加により、電子間の反発が増え、電子雲が拡大します。したがって、陰イオンのイオン半径は親原子のそれよりも大きくなります。

例えば、塩素を考えると：

Cl + e⁻ → Cl⁻

この場合、Cl -イオンの半径は、中性の塩素原子のそれよりも大きくなります。

イオン半径の周期的傾向

イオン半径の傾向は、原子半径の傾向と密接に関連していますが、イオンの電荷も関係します。

周期の傾向

周期の左から右に移動すると、最初に陽イオンが、次に陰イオンがイオン半径の減少を示します。この傾向は核電荷の増加により、イオン半径がより緊密に詰められるからです。陽イオンと陰イオンの間には通常、サイズの大きなジャンプがあり、陰イオンは追加の電子によってより大きな体積を持ち始めます。第二周期のイオンの大きさを分析して、より良い理解を得てください：

グループの下降傾向

周期表のグループを下に進むと、イオン半径は増加します。このパターンは、元素の追加ごとに新しい電子殻が追加されることによって原子半径が増加する傾向を反映しています。したがって、イオンである場合でも、これらの原子の半径は前任者よりもはるかに広くなるでしょう。

アルカリ金属イオン、例えばLi +、Na +、K +などを考えると、これらはグループを下に進むにつれてイオン半径が増加することを示しています。

周期的傾向の視覚化

周期的傾向を理解することは、元素の挙動を予測し、論理的に説明するのに役立ちます。ここに、代表的な元素ブロックを通じた原子半径の傾向を使用したシンプルなモデルがあります。

この図は、周期（一方向）およびグループ（垂直）の原子半径の傾向を象徴的に示しています。右（周期を越えて）に移動すると、ボックスは縮小し、原子半径の減少を示しています。グループを下に移動すると、それらはサイズが大きくなります。

結論

結論として、原子半径とイオン半径の傾向を理解することは、化学の研究における基本です。これらの傾向は、元素の特性に関する情報を提供し、化学的な動作を予測するのに役立ちます。これらの概念を探求する際には、原子とイオン半径はこれらの一般化を超えていくつもものがあることを忘れないでくださいが、化学のより大きな世界への貴重なガイドとして役立ちます。これらの傾向を理解し、視覚化することで、周期表内の元素の性質についてより深く理解することができます。

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