Атомный и ионный радиус

Введение

В увлекательном мире химии важно понимать размер атомов и ионов. Термины "атомный радиус" и "ионный радиус" относятся к размеру атома и иона соответственно. Эти концепции необходимы для предсказания и объяснения поведения элементов в химических реакциях и связывании. Давайте узнаем подробнее об этих свойствах и поймем их периодические тенденции.

Атомный радиус

Атомный радиус элемента — это, по сути, расстояние от центра ядра до самой внешней оболочки электронного облака в атоме. Это измерение помогает химикам понять размер атома и то, как он изменяется в периодической таблице. Поскольку электронные облака четко не определены, атомный радиус определяется несколькими способами, обычно связанными с тем, как атомы связываются в различных ситуациях.

Обычно атомные радиусы измеряются в пикометрах (пм) или ангстремах (Å), где 1 Å равен 100 пм.

Ковалентный радиус

Это половина расстояния между двумя идентичными атомами, связанными друг с другом. Это обычно используется для неметаллов, где атомы образуют ковалентные связи.

d_A = 2 * r_c :r_c = Ковалентный радиус :d_A = Расстояние между двумя ядрами идентичных атомов

Металлический радиус

Он полезен для металлов, где атомы находятся очень близко друг к другу. Это половина расстояния между двумя соседними атомами в металлической решетке.

Периодические тенденции атомного радиуса

Атомный радиус изменяется при движении по периоду и вниз по группе в периодической таблице. Понимание этих тенденций является фундаментальным для предсказания того, как элементы взаимодействуют.

Тенденции по периоду

Когда мы перемещаемся слева направо по периоду, атомный радиус уменьшается. Это происходит из-за того, что ядерный заряд увеличивается за счет добавления протонов к атомному ядру. Увеличение положительного заряда притягивает электроны ближе к ядру, что уменьшает размер атомного радиуса.

Нисходящая тенденция в группе

При движении вниз по группе в периодической таблице атомный радиус увеличивается. Эта тенденция обусловлена добавлением новой электронной оболочки с каждым последующим элементом. Хотя эффективный ядерный заряд увеличивается, его воздействие уменьшается за счет увеличения среднего расстояния электронов от ядра.

Ионный радиус

Ионный радиус относится к радиусу иона атома и измеряет размер атома после потери или приобретения одного или нескольких электронов. Ионы можно классифицировать на два типа: катионы и анионы.

Катионы

Катионы — это положительно заряженные ионы, образующиеся при потере электронов. Когда электроны удаляются, электрон-электронное отталкивание в образующемся ионе уменьшается, позволяя оставшимся электронам приближаться к ядру. В результате ионный радиус катионов меньше, чем у их родительских атомов.

Например, рассмотрим натрий:

Na → Na⁺ + e⁻

Радиус иона Na + меньше, чем у нейтрального атома натрия, потому что у него на один электрон меньше.

Анионы

Анионы — это отрицательно заряженные ионы, образующиеся при добавлении электронов. Добавление дополнительных электронов увеличивает электрон-электронное отталкивание, что приводит к расширению электронного облака. Поэтому ионный радиус анионов больше, чем у их родительских атомов.

Например, рассмотрим хлор:

Cl + e⁻ → Cl⁻

В этом случае радиус иона Cl - больше, чем у нейтрального атома хлора.

Периодические тенденции ионных радиусов

Тенденции ионных радиусов очень тесно связаны с тенденциями атомных радиусов, но они также затрагивают заряды ионов.

Тенденции по периоду

Когда мы перемещаемся по периоду слева направо, сначала катионы, а затем анионы уменьшаются в ионном радиусе. Эта тенденция существует из-за увеличения ядерного заряда, который оставляет ионный радиус более плотно упакованным. Между катионом и анионом обычно происходит значительный скачок в размере, так как анионы начинают с большего объема из-за дополнительных электронов. Для лучшего понимания оцените размер ионов во втором периоде:

Нисходящая тенденция в группе

При движении вниз по группе в периодической таблице ионный радиус увеличивается. Этот паттерн отражает тенденцию увеличения атомного радиуса из-за добавления новой электронной оболочки с каждым элементом. В результате даже в ионах радиус этих атомов будет значительно больше, чем у их предшественников.

Рассмотрим ионы щелочных металлов, такие как Li +, Na + и K +, все из которых показывают увеличение ионного радиуса при движении вниз по группе.

Визуализация периодических тенденций

Понимание периодических тенденций помогает предсказывать и логически объяснять поведение элемента. Вот простая модель, использующая тренд атомного радиуса через представительный блок элементов.

Эта диаграмма символически показывает тренд в атомном радиусе по периодам (горизонтально) и группам (вертикально). При движении вправо (через период) коробки уменьшаются, указывая на уменьшение атомного радиуса. При движении вниз по группе, они увеличиваются в размере.

Заключение

В заключение понимание тенденций атомного и ионного радиуса является основополагающим для изучения химии. Эти тенденции предоставляют информацию о свойствах элементов и помогают предсказать их химическое поведение. По мере того как вы исследуете эти концепции, помните, что атомные и ионные радиусы выходят далеко за рамки этих обобщений, но служат бесценными ориентирами в более широком мире химии. Понимание и визуализация этих тенденций дает нам более глубокое понимание природы элементов в периодической таблице.

Комментарии