原子半径和离子半径

介绍

在化学的奇妙世界中，了解原子和离子的大小是很重要的。术语“原子半径”和“离子半径”分别指的是原子和离子的尺寸。这些概念对于预测和解释元素在化学反应和键合中的行为至关重要。让我们详细了解这些属性并理解它们的周期性趋势。

原子半径

元素的原子半径本质上是从原子核中心到原子中电子云最外层的距离。这一测量帮助化学家了解原子的大小及其在元素周期表中的变化。由于电子云没有明确的定义，原子半径是通过多种方式确定的，通常与原子在不同情况下的键合有关。

通常，原子半径以皮米（pm）或埃（Å）为单位测量，1 Å 等于 100 pm。

共价半径

它是两个相同原子键合在一起时中间的距离的一半。它一般用于形成共价键的非金属。

d_A = 2 * r_c :r_c = 共价半径 :d_A = 两个相同原子核之间的距离

金属半径

适用于金属，原子彼此非常接近。它是金属晶格中两个相邻原子之间的距离的一半。

原子半径的周期性趋势

在元素周期表中，原子半径随着周期横向移动和族向下移动而变化。理解这些趋势是预测元素如何相互作用的基础。

周期内的趋势

随着我们在周期内从左到右移动，原子半径减小。这是因为由于向原子核中添加质子，核电荷增加。增强的正电荷将电子拉得更近，从而减小了原子半径的大小。

族内的下降趋势

在元素周期表中，随着族内向下移动，原子半径增加。这一趋势是由于每个后续元素增加了一个新的电子层。尽管有效核电荷增加，但其影响由于电子到核的平均距离增加而减少。

离子半径

离子半径指的是原子离子的半径，测量原子在失去或获得一个或多个电子后的大小。离子可以分为两类：阳离子和阴离子。

阳离子

阳离子是通过失去电子形成的带正电的离子。随着电子被移除，产生的离子中的电子-电子排斥减少，使剩余电子更靠近原子核。因此，阳离子的离子半径比其母原子小。

例如，考虑钠：

Na → Na⁺ + e⁻

Na +离子的半径比中性钠原子小，因为它少了一个电子。

阴离子

阴离子是通过获得电子形成的带负电的离子。添加电子增加电子-电子排斥力，使得电子云膨胀。因此，阴离子的离子半径比其母原子大。

例如，考虑氯：

Cl + e⁻ → Cl⁻

在这种情况下，Cl -离子的半径比中性氯原子大。

离子半径的周期性趋势

离子半径的趋势与原子半径的趋势密切相关，但它们也涉及离子的电荷。

周期内的趋势

从左到右穿越一个周期时，首先是阳离子，然后是阴离子显示离子半径的减小。这种趋势的原因是核电荷的增加，使得离子半径紧密打包。在阳离子和阴离子之间，通常存在显著的尺寸跳跃，因为阴离子由于额外的电子而从更大的体积开始。为了更好地理解，请分析第二周期中离子的大小：

族内的下降趋势

在元素周期表中，随着族内向下移动，离子半径增加。这一模式反映了由于每个元素增加一个新的电子层而引起原子半径的增加。因此，即使是离子，这些原子的半径也会比其前任元素宽很多。

考虑碱金属离子，如Li +、Na +和K +，它们在我们沿族向下移动时显示出逐渐增大的离子半径。

周期性趋势的可视化

理解周期性趋势有助于预测并逻辑地解释元素的行为。这是一个通过代表性元素块的原子半径趋势的简单模型。

该图形象地展示了沿周期（水平）和族（垂直）移动的原子半径趋势。向右移动（跨越一个周期），箱子缩小，表示原子半径减小。向下移动族，它们的尺寸增加。

结论

总之，了解原子和离子半径的趋势是化学研究的基础。这些趋势提供了有关元素特性的信息，并有助于预测其化学行为。在探索这些概念时，请记住，原子和离子半径远不止这些概括性，但作为一个宝贵的指南进入化学的大世界。理解和可视化这些趋势使我们对元素周期表中元素的性质有更深刻的了解。

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