주기율표에서 원소의 위치와 원자 반경 및 전기 음성도와 같은 화학 원소의 특성 사이의 관계를 고려해 봅시다.
원자 반경은 원자의 전자 껍질의 크기를 나타내는 값입니다. 이것은 화학 원소 원자의 특성이 좌우되는 매우 중요한 양입니다. 주 하위 그룹에서는 원자핵의 전하가 증가함에 따라 전자 준위의 수가 증가하므로 주 하위 그룹의 원자 번호가 증가함에 따라 원자 반경이 증가합니다.
기간이 지나면 원자핵의 전하가 증가합니다. 화학 원소, 이는 핵에 대한 외부 전자의 인력을 증가시킵니다. 또한 핵의 전하가 증가함에 따라 외부 준위의 전자 수가 증가하지만 전자 준위의 수는 증가하지 않습니다. 이러한 패턴은 핵 주위의 전자 껍질을 압축합니다. 따라서 원자 반지름은 주기에 따라 원자 번호가 증가함에 따라 감소합니다.
예를 들어, 화학 원소 O, C, Li, F, N을 원자 반경의 내림차순으로 배열하겠습니다. 표시된 화학 원소는 두 번째 기간에 있습니다. 어떤 기간에는 원자 번호가 증가함에 따라 원자 반지름이 감소합니다. 따라서 표시된 화학 원소는 일련 번호의 오름차순(Li, C, N, O, F)으로 기재해야 합니다.
원소의 특성과 이들이 형성하는 물질은 주기율표의 족 수와 동일한 원자가 전자의 수에 따라 달라집니다.
완성된 에너지 준위와 8개의 전자를 포함하는 외부 준위의 안정성이 향상되었습니다. 이것이 헬륨, 네온 및 아르곤의 화학적 불활성을 설명하는 것입니다. 그들은 전혀 화학 반응을 일으키지 않습니다. 다른 모든 화학 원소의 원자는 전자 껍질이 안정되고 하전 입자로 변하도록 전자를 포기하거나 얻는 경향이 있습니다.
전기음성도-이것은 화합물의 원자가 원자가 전자, 즉 원자 사이에 화학 결합이 형성되는 전자를 끌어들이는 능력입니다. 이 특성은 원자가 외부 전자층을 완성하고 에너지적으로 유리한 불활성 가스 구성(전자 8개)을 얻으려고 노력한다는 사실에 기인합니다.
전기 음성도는 외부 에너지 준위에서 전자를 끌어당기는 원자핵의 능력에 따라 달라집니다. 이 인력이 강할수록 전기음성도는 커집니다. 원자 반경이 작을수록 외부 에너지 준위의 전자 사이의 인력이 커집니다. 결과적으로, 주기와 주요 하위 그룹의 전기 음성도 변화는 원자 반경의 변화와 반대가 됩니다. 따라서 주요 하위 그룹에서는 원자 번호가 증가함에 따라 전기 음성도가 감소합니다. 원자 번호가 증가하는 기간에는 전기 음성도가 증가합니다.
예를 들어, 전기 음성도가 증가하는 순서로 화학 원소 Br, F, I, Cl을 배열합시다. 나열된 화학 원소는 일곱 번째 그룹의 주요 하위 그룹에 속합니다. 주요 하위 그룹에서는 원자 번호가 증가함에 따라 전기 음성도가 감소합니다. 따라서 표시된 화학 원소는 일련 번호의 내림차순(I, Br, Cl, F)으로 기재해야 합니다.
원자이온; 분자나 결정의 원자나 이온을 나타내는 구의 반경을 의미합니다. 원자 반경을 사용하면 분자와 결정의 핵간(원자 간) 거리를 대략적으로 추정할 수 있습니다.
고립된 원자의 전자 밀도는 핵까지의 거리가 증가함에 따라 급격히 감소하므로 원자의 반경은 전자 밀도의 대부분(예: 99%)이 집중되어 있는 구의 반경으로 정의할 수 있습니다. 그러나 핵간 거리를 추정하려면 원자 반지름을 다르게 해석하는 것이 더 편리한 것으로 나타났습니다. 이로 인해 원자 반경에 대한 다양한 정의와 시스템이 출현하게 되었습니다.
X 원자의 공유 결합 반경은 단순 화학 결합 X-X 길이의 절반으로 정의됩니다. 따라서 할로겐의 경우 공유 결합 반경은 X 2 분자, 황 및 셀레늄 - S 8 및 Se 8 분자, 탄소 - 다이아몬드 결정의 평형 핵간 거리로부터 계산됩니다. 예외는 수소 원자인데, 공유 원자 반경은 30pm으로 간주되는 반면, H 2 분자의 핵간 거리의 절반은 37pm입니다. 공유 결합이 있는 화합물의 경우 원칙적으로 가산성 원리가 충족되므로(X-Y 결합의 길이는 X와 Y 원자의 원자 반경의 합과 거의 동일함) 결합 길이를 예측할 수 있습니다. 다원자 분자에서.
이온 반경은 이온 쌍(예: X + 및 Y -)의 합이 해당 이온 결정의 최단 핵간 거리와 동일한 값으로 정의됩니다. 이온 반경에는 여러 시스템이 있습니다. 시스템은 다양하다 수치개별 이온의 경우 다른 이온의 반경을 계산할 때 어떤 반경과 어떤 이온이 기초로 사용되는지에 따라 다릅니다. 예를 들어 Pauling에 따르면 이것은 O 2- 이온의 반경으로 140pm과 동일합니다. Shannon에 따르면 동일한 이온의 반경은 오후 121시와 동일합니다. 이러한 차이점에도 불구하고, 다양한 시스템이온 결정의 핵간 거리를 계산할 때 거의 동일한 결과가 나타납니다.
금속 반경은 금속 결정 격자의 원자 사이의 최단 거리의 절반으로 정의됩니다. 패킹 유형이 다른 금속 구조물의 경우 이러한 반경이 다릅니다. 원자 반경 값의 근접성 다양한 금속종종 이러한 금속에 의한 고용체 형성 가능성을 나타내는 역할을 합니다. 반경의 가산성을 통해 금속간 화합물의 결정 격자 매개변수를 예측할 수 있습니다.
반 데르 발스 반경은 서로 다른 분자의 화학적으로 관련되지 않은 두 개의 원자 또는 동일한 분자의 서로 다른 원자 그룹이 서로 접근할 수 있는 거리와 같은 양으로 정의됩니다. 평균적으로 반데르발스 반경은 공유결합 반경보다 약 80pm 더 큽니다. 반 데르 발스 반경은 분자 형태의 안정성과 결정 내 분자의 구조적 순서를 해석하고 예측하는 데 사용됩니다.
문학: Housecroft K., Constable E. 일반화학 현대과정. 엠., 2002. T. 1.
기사 마지막 부분에서는 원자의 반경 결정에 대해 설명할 수 있습니다. 주기율표추세, 최대 원자 반경, 원자 반경 차트. 하나씩 논의를 시작하겠습니다.
원자 반경 정의
우리 마음 속에 있는 원자의 일반적인 그림은 구(球)의 그림입니다. 이것이 올바른 것으로 간주되면 이 정의는 다음과 같습니다.
그러나 주어진 시간에 전자의 정확한 위치에 대한 확실성은 없습니다. 이론적으로 전자는 한때 핵에 매우 가까울 수도 있고, 다른 때에는 핵에서 멀리 떨어져 있을 수도 있습니다. 또한 원자의 크기가 매우 작기 때문에 원소 원자의 원자 반경의 정확한 값을 측정하는 것은 불가능합니다.
왜 정확하게 판단할 수 있는 방법이 없는 걸까요?
ㅏ. 하나의 원자를 분리하는 것은 불가능합니다.
나. 형태나 경계가 명확히 정의되지 않은 원자의 정확한 거리를 측정하는 것은 불가능하며, 핵으로부터 멀리 떨어져 있어도 전자가 존재할 확률은 0 수준이다.
C. 영향에 따라 변경될 수 있습니다. 환경그리고 다른 많은 이유들.
그러나 우리는 표현할 수 있습니다 다양한 모양원자 사이의 결합의 성질에 따른 원자. 위의 제한에도 불구하고 세 가지 운영 개념이 있습니다.
공유결합 반경
동종원자 분자(동일한 유형의 원자를 포함)에서 공유결합 반경은 다음과 같이 정의됩니다.
반데르발스 반경
실제로 반데르발스 힘은 약하고, 기체 및 기체 상태에서는 인력의 크기(힘)가 더 작습니다. 액체 상태물질. 따라서 반경은 힘의 크기가 최대가 될 것으로 예상되는 고체 상태에서 결정됩니다.
- 반데르발스 값은 공유결합 반경보다 큽니다.
- 예를 들어 염소의 반데르발스 강도는 180m이고 공유결합 반경은 99pm(피코미터)입니다.
금속 반경
왜냐하면 금속결합은 공유결합보다 약하다금속 결합의 두 원자 사이의 핵간 분자 거리는 공유 결합의 거리보다 큽니다.
- 금속 결합은 공유 결합 그 이상입니다.
주기적인 원자 반경 테이블 추세
연구 중에 과학자들은 물질의 가장 작은 입자를 발견하고 이를 원자라고 명명했습니다. 다양한 원자 다양한 요소다양한 화학물질을 보여주고 물리적 특성. 이는 주기율표 추세에서 원자 반경이 변경될 때 볼 수 있습니다. 원자 반경의 변화는 공정에서 원자의 행동에 큰 영향을 미칩니다 화학 반응. 이는 이온화 에너지, 화학 반응성 및 기타 여러 요인에 영향을 미치기 때문입니다.
각 주기의 마지막 원소의 원자 반경은 상당히 크다는 점에 유의해야 합니다. 왜냐하면 비활성 기체는 반데르발스 반경을 갖는 것으로 간주되며, 이는 항상 공유 결합 반경보다 높은 값을 갖습니다.세 개의 원자 반경을 비교할 때 힘의 순서
- 반데르발 >금속 반경>공유결합
원자 반경 추세
기간 동안, 포탄의 수는 변하지 않지만 핵전하는 증가합니다. 이는 핵에 대한 인력이 증가하여 크기가 감소한 결과입니다.
- 핵의 매력α 1/ 원자 반경.
- 주양자수(나) α 원자 반경.
- 스크리닝 효과 α 원자 반경.
- 채권수α 1/ 원자 반경.
참고: 원자 라듐은 복수형원자의 반경에서.
그룹에서는 그룹의 위에서 아래로 이동할 때 원자 번호가 증가함에 따라 원자 반지름이 증가하는데, 이는 껍질의 에너지 양이 증가하기 때문입니다.
가장 큰 원자 반경
- 수소는 크기가 가장 작습니다.
- 원자번호 87번인 프란슘은 세슘보다 공유결합 반경과 반데르발스 반경이 더 큽니다.
- 프랑슘은 매우 불안정한 원소이기 때문입니다. 따라서 세슘은 가장 높은 원자 번호를 가지고 있습니다.
이것은 원자 반지름 결정, 주기율표 추세, 최대 원자 반지름, 원자 반지름 차트의 기본 사항에 관한 것입니다.
원자 반지름을 결정하는 것도 몇 가지 문제를 야기합니다. 첫째, 원자는 표면과 반경이 엄격하게 정의된 구체가 아닙니다. 원자는 전자 구름으로 둘러싸인 핵이라는 것을 기억하십시오. 전자가 핵으로부터 멀어지면서 전자를 검출할 확률은 어느 정도 최대치까지 점차 증가하다가 점차 감소하지만, 무한히 먼 거리에서만 0이 됩니다. 둘째, 그럼에도 불구하고 반경을 결정하기 위해 어떤 조건을 선택하더라도 그러한 반경은 여전히 실험적으로 측정될 수 없습니다.
이 실험을 통해 핵간 거리, 즉 결합 길이만 결정할 수 있습니다(그리고 그림 2.21 캡션에 특정 유보 사항이 있음). 이를 결정하기 위해 X선 회절 분석 또는 전자 회절 방법(전자 회절 기반)이 사용됩니다. 원자의 반경은 동일한 원자 사이의 가장 작은 핵간 거리의 절반과 같다고 가정됩니다.
Vander Waals 반경. 결합되지 않은 원자의 경우 가장 작은 핵간 거리의 절반을 반 데르 발스 반경이라고 합니다. 이 정의는 그림 1에 설명되어 있습니다. 2.22.
쌀. 2.21. 링크 길이. 분자는 계속 진동하기 때문에 핵간 거리, 즉 결합 길이는 고정된 값을 갖지 않습니다. 이 그림은 단순한 이원자 분자의 선형 진동을 개략적으로 나타냅니다. 진동은 결합 길이를 단순히 결합된 두 원자의 중심 사이의 거리로 정의하는 것을 허용하지 않습니다. 더 정확한 정의결합 길이는 결합된 원자 사이의 거리로, 두 원자의 질량 중심 사이를 측정하고 최소 결합 에너지에 해당합니다. 최소 에너지는 모스 곡선에 표시됩니다(그림 2.1 참조).
쌀. 2.22. 원자 반경, a - 반 데르 발스 반경; b - 공유 반경; 안으로 - 금속 반경.
공유결합 반경. 공유결합 반경은 공유결합에 의해 서로 연결된 두 개의 동일한 원자 사이의 핵간 거리(결합 길이)의 절반으로 정의됩니다(그림 2.22b). 예를 들어, 결합 길이가 0.1988nm인 염소 분자를 생각해 보겠습니다. 염소의 공유결합 반경은 0.0944 nm로 가정됩니다.
한 원소의 원자 공유 반경을 알면 다른 원소 원자의 공유 결합 반경을 계산할 수 있습니다. 예를 들어 실험적으로 결정된 결합 길이 값은 0.1767 nm입니다. 이 값에서 염소의 공유결합 반경(0.0994nm)을 빼면 탄소의 공유결합 반경은 0.0773nm임을 알 수 있습니다. 이 계산 방법은 원자 반지름이 단순 덧셈 법칙을 따르는 덧셈의 원리를 기반으로 합니다. 따라서 결합 길이는 탄소와 염소의 공유 결합 반경의 합입니다. 가산성의 원리는 단순 공유 결합에만 적용됩니다. 이중 및 삼중 공유 결합은 더 짧습니다(표 2.7).
단순 공유 결합의 길이는 분자 내 환경에 따라 달라집니다. 예를 들어, 결합 길이는 삼치환된 탄소 원자의 0.1070 nm에서 화합물의 0.115 nm까지 다양합니다.
금속 반경. 금속 반경은 인접한 이온 사이의 핵간 거리의 절반과 같다고 가정됩니다. 결정 격자금속 (그림 2.22, c). 원자 반경이라는 용어는 일반적으로 비금속 원소 원자의 공유 결합 반경을 나타내고, 금속 반경이라는 용어는 금속 원소 원자를 나타냅니다.
이온 반경. 이온 반경은 결정 이온 화합물(염)에서 인접한 단원자(단순) 이온 사이의 핵간 거리의 두 부분 중 하나입니다. 이온 반경을 결정하는 것도 이온 반경 자체가 아니라 이온간 거리를 실험적으로 측정하기 때문에 상당한 문제를 안고 있습니다. 사이의 거리는 결정 격자의 이온 패킹에 따라 달라집니다. 그림에서. 2.23은 세 가지를 보여줍니다 가능한 방법결정 격자에 이온을 패킹합니다. 불행하게도 실험적으로 측정된 이온간 거리는
쌀. 2.23. 이온 반경, a - 음이온은 서로 접촉하지만 양이온은 음이온과 접촉하지 않습니다. b - 양이온은 음이온과 접촉하지만 음이온은 서로 접촉하지 않습니다. c - 양이온이 음이온과 접촉하고 음이온이 서로 접촉하는, 전통적으로 허용되는 이온 배열입니다. 거리 a는 실험적으로 결정됩니다. 음이온 반경의 두 배로 간주됩니다. 이를 통해 음이온과 양이온의 반지름의 합인 이온간 거리 b를 계산할 수 있습니다. 이온간 거리 b를 알면 양이온의 반경을 계산할 수 있습니다.
이러한 세 가지 포장 방법 중 어떤 방법이 실제로 각 특정 사례에서 수행되는지 판단하는 것을 허용하지 않습니다. 문제는 이온간 거리를 두 이온의 반경에 해당하는 두 부분으로 나누는 비율, 즉 한 이온이 실제로 끝나는 곳과 다른 이온이 시작되는 곳을 결정하는 것입니다. 예를 들어, 그림 1에 도시된 바와 같이. 2.12, 이 문제는 염의 전자 밀도 지도로도 해결할 수 없습니다. 이러한 어려움을 극복하기 위해 일반적으로 1) 이온간 거리는 두 이온 반경의 합이고, 2) 이온의 모양이 구형이며, 3) 인접한 구가 서로 접촉하고 있다고 가정합니다. 마지막 가정은 그림 1에 표시된 이온 패킹 방법에 해당합니다. 2.23, c. 하나의 이온 반경을 알면 가산성의 원리에 따라 다른 이온 반경을 계산할 수 있습니다.
반경 일치 다양한 방식. 테이블에 2.8은 세 번째 기간의 세 가지 요소에 대한 다양한 유형의 반경 값을 보여줍니다. 가장 큰 값이 음이온과 반데르발스 반경에 속한다는 것을 쉽게 알 수 있습니다. 그림에서. 11.9는 아르곤을 제외한 3주기의 모든 원소에 대한 이온과 원자의 크기를 비교합니다. 원자의 크기는 공유결합 반경에 따라 결정됩니다. 양이온은 원자보다 작고, 음이온은 원자보다 작다는 점에 유의해야 합니다. 큰 사이즈같은 원소의 원자보다. 모든 유형의 반경의 각 요소에 대해 가장 작은 값은 항상 양이온 반경에 속합니다.
표 2.8. 다양한 유형의 원자 반경 비교
원자 반지름 원자 반지름
분자와 결정의 원자간(핵간) 거리를 대략적으로 추정할 수 있는 특성입니다. 원자 반지름은 0.1 nm 정도입니다. 주로 X선 데이터를 통해 결정 구조 분석.
원자 반경ATOMIC RADIUS, 분자와 결정의 원자간(핵간) 거리를 대략적으로 추정할 수 있는 특성입니다.
원자 또는 이온의 유효 반경은 작용 영역의 반경으로 이해되며 원자(이온)는 비압축성 공으로 간주됩니다. 원자의 행성 모델을 사용하여 원자는 궤도를 도는 핵으로 표현됩니다. (센티미터.궤도)전자가 회전합니다. 멘델레예프 주기율표의 원소 순서는 전자 껍질을 채우는 순서에 해당합니다. 이온의 유효 반경은 전자 껍질이 채워지는 정도에 따라 다르지만, 반경과 동일외부 궤도. 유효 반경을 결정하기 위해 결정 구조의 원자(이온)는 단단한 공에 닿는 것으로 표시되므로 중심 사이의 거리는 반경의 합과 같습니다. 원자 및 이온 반경은 원자간 거리의 X선 측정을 통해 실험적으로 결정되며 양자역학적 개념을 기반으로 이론적으로 계산됩니다.
이온 반경의 크기는 다음 법칙을 따릅니다.
1. 세로줄 1개 내부 주기율표동일한 전하를 갖는 이온의 반경은 원자 번호가 증가함에 따라 증가합니다. 전자 껍질 수가 증가하여 원자 크기가 증가하기 때문입니다.
2. 동일한 원소의 경우 음전하가 증가하면 이온 반경이 증가하고 양전하가 증가하면 이온 반경이 감소합니다. 음이온에는 전자가 과잉이고 양이온에는 결핍이 있으므로 음이온의 반경은 양이온의 반경보다 큽니다. 예를 들어, Fe, Fe 2+, Fe 3+의 경우 유효 반경은 각각 0.126, 0.080 및 0.067 nm이고, Si 4-, Si, Si 4+의 경우 유효 반경은 0.198, 0.118 및 0.040 nm입니다.
3. 원자와 이온의 크기는 멘델레예프 체계의 주기성을 따릅니다. 원자의 반경이 증가하지 않고 균일하게 감소하는(소위 란탄족 수축) 57번(란타늄)부터 71번(루테튬)까지의 원소와 89번(악티늄) 이후의 원소는 예외입니다. (소위 악티나이드 수축).
화학 원소의 원자 반경은 배위수에 따라 달라집니다. (센티미터.조정 번호). 배위수의 증가는 항상 원자간 거리의 증가를 동반합니다. 이 경우, 두 개의 서로 다른 배위수에 해당하는 원자 반경 값의 상대적인 차이는 화학 결합의 종류에 의존하지 않습니다(단, 비교된 배위수를 갖는 구조의 결합 유형이 동일해야 함). 배위수의 변화에 따른 원자 반경의 변화는 다형성 변환 중 부피 변화의 크기에 큰 영향을 미칩니다. 예를 들어, 철을 냉각할 때 906oC에서 발생하는 면심 입방 격자의 변형에서 체심 입방 격자의 변형으로 변형되면 부피가 9% 증가해야 합니다. 실제로 거래량 증가는 0.8%입니다. 이는 배위수가 12에서 8로 변경되면서 철의 원자 반경이 3% 감소하기 때문입니다. 즉, 다형성 변환 중 원자 반경의 변화는 원자 반경이 변경되지 않은 경우 발생했어야 하는 부피 변화를 크게 보상합니다. 원소의 원자 반지름은 배위수가 같은 경우에만 비교할 수 있습니다.
원자(이온) 반지름은 화학 결합 유형에 따라 달라집니다.
크리스탈에 금속 본드 (센티미터.메탈링크)원자 반경은 가장 가까운 원자 사이의 원자간 거리의 절반으로 정의됩니다. 고용량 용액의 경우 (센티미터.솔리드 솔루션)금속 원자 반경은 복잡한 방식으로 다양합니다.
공유 결합을 갖는 원소의 공유 반경은 단일 공유 결합으로 연결된 가장 가까운 원자 사이의 원자간 거리의 절반으로 이해됩니다. 공유결합 반경의 특징은 동일한 배위수를 갖는 서로 다른 공유 구조에서의 불변성입니다. 따라서 단일 거리 S-S 관계다이아몬드와 포화 탄화수소의 값은 동일하며 0.154 nm와 같습니다.
이온 결합을 가진 물질의 이온 반경 (센티미터.이온 결합)근처 이온 사이의 거리의 합의 절반으로 결정될 수 없습니다. 일반적으로 양이온과 음이온의 크기는 크게 다릅니다. 또한 이온의 대칭성은 구형과 다릅니다. 이온 반경을 추정하는 방법에는 여러 가지가 있습니다. 이러한 접근 방식을 기반으로 원소의 이온 반경을 추정한 다음, 실험적으로 결정된 원자간 거리를 통해 다른 원소의 이온 반경을 결정합니다.
반데르발스 반경 결정 유효 치수희가스 원자. 또한, 반 데르 발스 원자 반경은 서로 연결되지 않은 가장 가까운 동일한 원자 사이의 핵간 거리의 절반으로 간주됩니다. 화학 결합, 즉. 다른 분자에 속합니다(예: 분자 결정).
계산 및 구성에 원자(이온) 반경을 사용할 때 해당 값은 하나의 시스템에 따라 구성된 테이블에서 가져와야 합니다.
백과사전. 2009 .
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