Determinarea razelor atomice pune, de asemenea, unele probleme.În primul rând, un atom nu este o sferă cu o suprafață și o rază strict definite. Amintiți-vă că un atom este un nucleu înconjurat de un nor de electroni. Probabilitatea de a detecta un electron pe măsură ce se îndepărtează de nucleu crește treptat până la un anumit maxim, apoi scade treptat, dar devine egală cu zero numai la o distanță infinit de mare. În al doilea rând, dacă totuși alegem o condiție pentru determinarea razei, o astfel de rază nu poate fi măsurată experimental.
Experimentul ne permite să determinăm doar distanțele internucleare, cu alte cuvinte, lungimile legăturilor (și apoi cu anumite rezerve date în legenda de la Fig. 2.21). Pentru determinarea acestora se folosește analiza de difracție cu raze X sau metoda difracției electronice (bazată pe difracția electronilor). Se presupune că raza unui atom este egală cu jumătate din cea mai mică distanță internucleară dintre atomi identici.
razele Vander Waals. Pentru atomii nelegați, jumătate din distanța internucleară cea mai mică se numește raza van der Waals. Această definiție este ilustrată de Fig. 2.22.
Orez. 2.21. Lungimea link-ului. Deoarece moleculele vibrează continuu, distanța internucleară sau lungimea legăturii nu are o valoare fixă. Acest desen reprezintă schematic vibrația liniară a unei molecule biatomice simple. Vibrațiile nu permit ca lungimea legăturii să fie definită doar ca distanța dintre centrele a doi atomi legați. Mai mult definiție precisă arată astfel: lungimea legăturii este distanța dintre atomii legați, măsurată între centrele de masă a doi atomi și corespunzătoare energiei minime de legătură. Energia minimă este prezentată pe curba Morse (vezi Fig. 2.1).
Tabelul 2.6. Densitățile alotropilor de carbon și sulf Tabel 2.7. Lungimea legăturilor carbon-carbon
Raze covalente.Raza covalentă este definită ca jumătate din distanța internucleară (lungimea legăturii) dintre doi atomi identici legați între ei printr-o legătură covalentă.(Fig. 2.22, b). Ca exemplu, să luăm molecula de clor Cl2, a cărei lungime a legăturii este de 0,1988 nm. Se presupune că raza covalentă a clorului este de 0,0944 nm.
Cunoscând raza covalentă a unui atom al unui element, puteți calcula raza covalentă a unui atom al altui element. De exemplu, valoarea determinată experimental a lungimii legăturii C-Cl în CH3CI este 0,1767 nm. Scăzând raza covalentă a clorului (0,0994 nm) din această valoare, aflăm că raza covalentă a carbonului este de 0,0773 nm. Această metodă de calcul se bazează pe principiul aditivității, conform căruia razele atomice se supun unei legi simple de adunare. Astfel, lungimea legăturii C-Cl este suma razelor covalente ale carbonului și clorului. Principiul aditivității se aplică numai legăturilor covalente simple. Legăturile covalente duble și triple sunt mai scurte (Tabelul 2.7).
Lungimea unei legături covalente simple depinde, de asemenea, de mediul său din moleculă. De exemplu, lungimea Legături C-H variază de la 0,1070 nm la atomul de carbon trisubstituit până la 0,115 nm în compusul CH3CN.
Raze metalice. Se presupune că raza metalului este egală cu jumătate din distanța internucleară dintre ionii vecini din rețeaua cristalină metalică (Fig. 2.22, c). Termenul de rază atomică se referă de obicei la raza covalentă a atomilor elementelor nemetalice, iar termenul de rază metalică la atomii de elemente metalice.
Raze ionice. Raza ionică este una dintre cele două părți ale distanței internucleare dintre ionii monoatomici (simpli) adiacenți într-un compus ionic cristalin (sare). Determinarea razei ionice este, de asemenea, plină de probleme considerabile, deoarece distanțele interionice sunt măsurate experimental și nu razele ionice în sine. Distanțele interionilor depind de împachetarea ionilor în rețeaua cristalină. În fig. 2.23 arată trei moduri posibileîmpachetarea ionilor într-o rețea cristalină. Din păcate, distanțele interionice măsurate experimental
Orez. 2.23. Razele ionice, anionii c se ating, dar cationii nu ating anionii; b-cationii sunt în contact cu anionii, dar anionii nu sunt în contact unul cu altul; în aranjamentul convențional acceptat al ionilor, în care cationii sunt în contact cu anionii și anionii sunt în contact unul cu altul. Distanța a este determinată experimental. Se consideră că este de două ori mai mare decât raza anionului. Acest lucru ne permite să calculăm distanța interionică b, care este suma razelor anionului și cationului. Cunoscând distanța interionică b, putem calcula raza cationului.
nu ne permite să judecăm care dintre aceste trei metode de ambalare este de fapt efectuată în fiecare caz specific. Problema este să găsim proporția în care să împarți distanța interionică în două părți corespunzătoare razelor celor doi ioni, cu alte cuvinte, să decidem unde se termină de fapt un ion și unde începe celălalt. După cum se arată, de exemplu, în Fig. 2.12, această întrebare nu poate fi rezolvată nici măcar prin hărțile cu densitatea electronică a sărurilor. Pentru a depăși această dificultate, de obicei se presupune că: 1) distanța interionică este suma a două raze ionice, 2) ionii au formă sferică și 3) sferele adiacente sunt în contact una cu cealaltă. Ultima ipoteză corespunde metodei de împachetare ionică prezentată în Fig. 2.23, f. Dacă se cunoaște o rază ionică, alte raze ionice pot fi calculate pe baza principiului aditivității.
Potrivirea razei tipuri variate. În tabel 2.8 arată valorile razelor de diferite tipuri pentru trei elemente ale perioadei a 3-a. Este ușor de observat că cele mai mari valori aparțin razelor anionice și van der Waals.În fig. 11.9 compară dimensiunile ionilor și atomilor pentru toate elementele din perioada a 3-a, cu excepția argonului. Dimensiunile atomilor sunt determinate de razele lor covalente. Trebuie remarcat faptul că cationii sunt mai mici decât atomii, iar anionii sunt dimensiuni mari decât atomii acelorași elemente. Pentru fiecare element din toate tipurile de raze, cea mai mică valoare aparține întotdeauna razei cationice.
Tabelul 2.8. Compararea razelor atomice de diferite tipuri
Determinarea experimentală. Pentru a determina forma moleculelor simple și a ionilor poliatomici și, mai precis, lungimile și unghiurile de legătură (unghiurile dintre legături), sunt utilizate o varietate de metode experimentale. Acestea includ spectroscopia cu microunde, precum și metode de studiere a difracției razelor X (difracția razelor X), neutronilor (difracția neutronilor) sau electronilor (difracția electronilor). Următorul capitol detaliază modul în care structura cristalină poate fi determinată folosind difracția cu raze X. Cu toate acestea, difracția electronilor (o metodă pentru studierea difracției electronilor) este de obicei folosită pentru a determina forma moleculelor simple în faza gazoasă. Această metodă se bazează pe utilizarea proprietăților undei electronilor. Un fascicul de electroni este trecut printr-o probă din gazul studiat. Moleculele de gaz împrăștie electronii, rezultând un model de difracție. Prin analiza acestuia, este posibil să se determine lungimile și unghiurile de legătură în molecule. Această metodă este similară cu cea utilizată în analiza modelului de difracție format prin împrăștierea razelor X.
Atomii nu au granițe clare, dar probabilitatea de a găsi un electron asociat cu nucleul unui atom dat la o anumită distanță de acel nucleu scade rapid odată cu creșterea distanței. Prin urmare, atomului i se atribuie o anumită rază, crezând că marea majoritate a densității electronice (aproximativ 90 la sută) este conținută în sfera acestei raze.
O estimare tipică a razei unui atom este de 1 angstrom (1 Å), egal cu 10 -10 m.
Raza atomică și distanțe internucleare
În multe cazuri, cea mai scurtă distanță dintre doi atomi este într-adevăr aproximativ egală cu suma razelor atomice corespunzătoare. În funcție de tipul de legătură dintre atomi, se disting razele metalice, ionice, covalente și alte câteva raze atomice.
Vezi si
Legături
Fundația Wikimedia. 2010.
Vedeți ce este „Raza atomică” în alte dicționare:
raza atomică
Ramura a studiilor fizicii organizare internă atomi. Atomii, considerati inițial a fi indivizibili, sunt sisteme complexe. Au un nucleu masiv format din protoni și neutroni, în jurul căruia se mișcă în spațiul gol... ... Enciclopedia lui Collier
Raza Bohr (raza Bohr), raza orbitei electronilor unui atom de hidrogen cel mai apropiat de nucleu în modelul atomic propus de Niels Bohr în 1913 și care a fost precursorul mecanicii cuantice. În model, electronii se mișcă pe orbite circulare... ... Wikipedia
Razele Van der Waals determină dimensiunile efective ale atomilor de gaz nobil. În plus, razele van der Waals sunt considerate a fi jumătate din distanța internucleară dintre cei mai apropiați atomi cu același nume care nu sunt legați chimic... ... Wikipedia
raza atomică- atomo spindulys statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. raza atomică vok. Atomradius, m rus. raza atomică, m; raza atomică, m pranc. rayon atomique, m; rayon de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas
Raza a 0 a primei orbite de electroni (cel mai apropiat de nucleu) într-un atom de hidrogen, conform teoriei atomice a lui N. Bohr (1913); a 0= 5.2917706(44)*10 11 m. În mecanica cuantică. teoria atomică B. r. corespunde distanței de la miez, romului cu Naib. este posibil... ... Enciclopedie chimică
Raza primei orbite de electron (cel mai apropiat de nucleu) într-un atom de hidrogen, conform teoriei atomului lui N. Bohr; notat cu simbolul a0 sau a. B. r. egal cu (5,29167±0,00007)×10 9 cm = 0,529 Å; exprimat prin constante universale: а0 = ћ2/me2, unde... Marea Enciclopedie Sovietică
Raza ao primei orbite de electroni (cel mai apropiat de nucleu) într-un atom de hidrogen, conform teoriei structurii atomice a lui N. Bohr (1913); a0 = 0,529 x 10 10 m = 0,529 A ... Științele naturii. Dicţionar enciclopedic
Modelul Bohr al unui atom asemănător hidrogenului (sarcină nucleară Z), în care un electron încărcat negativ este limitat la o înveliș atomic care înconjoară un nucleu atomic mic, încărcat pozitiv... Wikipedia
Cărți
- Mecanica cuantică în teoria generală a relativității, A.K. Gorbatsevich. Monografia arată că ecuația generală covariantă Dirac poate fi considerată ca o reprezentare specială de coordonate (cu vectori de bază non-ortonormali în Hilbert...
Ioni atomici; au semnificația razelor sferelor reprezentând acești atomi sau ioni în molecule sau cristale. Raze atomice fac posibilă estimarea aproximativă a distanțelor internucleare (interatomice) în molecule și cristale.
Densitatea de electroni a unui atom izolat scade rapid pe măsură ce distanța până la nucleu crește, astfel încât raza unui atom ar putea fi definită ca raza sferei în care este concentrată cea mai mare parte (de exemplu, 99%) a densității electronice. Cu toate acestea, pentru a estima distanțele internucleare, sa dovedit a fi mai convenabil să interpretezi diferit razele atomice. Acest lucru a dus la apariția diferitelor definiții și sisteme ale razelor atomice.
Raza covalentă a unui atom X este definită ca jumătate din lungimea unei legături chimice simple X-X. Astfel, pentru halogeni, razele covalente se calculează din distanța internucleară de echilibru în molecula X 2, pentru sulf și seleniu - în moleculele S 8 și Se 8, pentru carbon - într-un cristal de diamant. Excepție este atomul de hidrogen, pentru care raza atomică covalentă este considerată a fi 30 pm, în timp ce jumătate din distanța internucleară în molecula de H 2 este de 37 pm. Pentru compușii cu o legătură covalentă, de regulă, principiul aditivității este îndeplinit (lungimea legăturii X-Y este aproximativ egală cu suma razelor atomice ale atomilor X și Y), ceea ce face posibilă prezicerea lungimilor legăturilor în molecule poliatomice.
Razele ionice sunt definite ca valori a căror sumă pentru o pereche de ioni (de exemplu, X + și Y -) este egală cu cea mai scurtă distanță internucleară din cristalele ionice corespunzătoare. Există mai multe sisteme de raze ionice; sistemele variază valori numerice pentru ioni individuali, în funcție de raza și de ce ion se ia ca bază atunci când se calculează razele altor ioni. De exemplu, conform lui Pauling, aceasta este raza ionului O 2-, luată egală cu 140 pm; conform lui Shannon - raza aceluiași ion, luată egală cu 121 pm. În ciuda acestor diferențe, sisteme diferite atunci când se calculează distanțe internucleare în cristale ionice duc la aproximativ aceleași rezultate.
Razele metalice sunt definite ca jumătate din cea mai scurtă distanță dintre atomi din rețeaua cristalină a unui metal. Pentru structurile metalice care diferă prin tipul de ambalare, aceste raze sunt diferite. Proximitatea valorilor razelor atomice diverse metale servește adesea ca un indiciu al posibilității formării de soluții solide de către aceste metale. Aditivitatea razelor permite prezicerea parametrilor rețelelor cristaline ale compușilor intermetalici.
Razele Van der Waals sunt definite ca mărimi a căror sumă este egală cu distanța la care doi atomi neînrudiți chimic ai moleculelor diferite sau grupuri diferite de atomi ale aceleiași molecule se pot apropia unul de celălalt. În medie, razele van der Waals sunt cu aproximativ 80 pm mai mari decât razele covalente. Razele Van der Waals sunt folosite pentru a interpreta și prezice stabilitatea conformațiilor moleculare și ordonarea structurală a moleculelor din cristale.
Lit.: Housecroft K., Constable E. Curs modern de chimie generală. M., 2002. T. 1.
Pentru a înțelege problema, ce este stiinta moderna se numește raza unui atom, să ne amintim ce este un atom în sine. Conform conceptelor clasice, în centrul atomului există un nucleu format din protoni și neutroni, iar electronii se rotesc fiecare în jurul nucleului pe propria orbită.
Deoarece în acest model al structurii unui atom, electronii sunt particule limitate spațial, adică corpusculi, este logic să considerăm raza atomică (a.r.) ca fiind distanța de la nucleul său până la cea mai îndepărtată, sau exterioară, orbită în care așa-numiții electroni de valență se rotesc.
Cu toate acestea, conform modernului idei de mecanică cuantică, acest parametru nu poate fi determinat la fel de clar ca se face în modelul clasic. Aici electronii nu mai sunt reprezentați ca particule-corpuscule, ci dobândesc proprietățile undelor, adică obiecte nelimitate spațial. Într-un astfel de model, este pur și simplu imposibil să se determine cu exactitate poziția electronului. Aici această particulă este deja reprezentată sub forma unui orbital de electroni, a cărui densitate variază în funcție de distanța până la nucleul atomic.
Deci, în model modern Datorită structurii unui atom, raza acestuia nu poate fi determinată fără ambiguitate. Prin urmare în fizică cuantică, chimie generală, fizică solidși alte științe conexe, această valoare este astăzi definită ca raza unei sfere în centrul căreia se află un nucleu, în care se concentrează 90-98% din densitatea norului de electroni. De fapt, această distanță determină limitele atomului.
Dacă luăm în considerare tabelul periodic elemente chimice (tabelul periodic), care enumeră razele atomice, puteți vedea anumite modele, care se exprimă prin faptul că într-o perioadă aceste numere scad de la stânga la dreapta, iar în cadrul unui grup cresc de sus în jos. Astfel de modele se explică prin faptul că într-o perioadă, când se deplasează de la stânga la dreapta, sarcina unui atom crește, ceea ce crește forța de atracție a electronilor de către acesta, iar atunci când se deplasează în interiorul unui grup de sus în jos, mai mult și mai multe învelișuri de electroni sunt umplute.
Raza atomică în chimie și cristalografie
Care sunt tipurile
Această caracteristică variază foarte mult în funcție de legătura chimică în care se află atomul. Deoarece toate substanțele din natură constau în mare parte din molecule, conceptul de a. R. folosit pentru determinarea distantelor interatomice intr-o molecula. A această caracteristică depinde de proprietățile atomilor incluși în moleculă, adică de poziția lor în Tabelul periodic al elementelor chimice. Având diferite fizice și proprietăți chimice, moleculele formează o mare varietate de substanțe.
În esență, această valoare conturează domeniul de aplicare al forței de atracție electrică dintre nucleul unui atom și învelișurile sale de electroni exterioare. În afara acestei sfere, intră în joc forța de atracție electrică a unui atom vecin. Există mai multe tipuri de legături chimice între atomiîntr-o moleculă:
- covalent;
- ionic;
- metal;
- van der Waals.
Conform acestor conexiuni, la fel va fi raza atomică.
Cum depinde de tipul de legătură chimică
Într-o legătură covalentă, AP este definită ca jumătate din distanța dintre atomii adiacenți dintr-o singură legătură chimică. conexiuni X-X, iar X este un nemetal, deoarece această legătură este caracteristică nemetalelor. De exemplu, pentru halogeni raza covalentă va fi egală cu jumătate din raza internucleară distante X-Xîn molecula X2, pentru moleculele de seleniu Se și sulf S - jumătate din distanța X-X în molecula X8, pentru carbonul C va fi egal cu jumătate din cea mai scurtă distante N-Nîntr-un cristal de diamant.
Această legătură chimică are proprietatea de aditivitate, adică însumarea, care face posibilă determinarea distanțelor internucleare în moleculele poliatomice. Dacă legătura din moleculă este dublă sau triplă, atunci AR covalent scade, deoarece lungimile legăturilor multiple sunt mai mici decât a legăturilor simple.
Pentru legăturile ionice formate în cristale ionice, valorile ionice AR sunt utilizate pentru a determina distanța dintre cel mai apropiat anion și cationul situat la noduri. rețea cristalină. Această distanță este definită ca suma razelor acestor ioni.
Există mai multe moduri de a determina razele ionice, la care valorile ionilor individuali diferă. Dar, ca rezultat, aceste metode dau aproximativ aceleași valori ale distanțelor internucleare. Aceste metode sau sisteme au fost numite după oamenii de știință care au efectuat cercetări relevante în acest domeniu:
- Goldschmidt;
- Pauling;
- Belova și Bokiya;
- alti oameni de stiinta.
La conexiune metalica, care apar în cristale metalice, AR sunt luate egal cu jumătate din distanța cea mai scurtă dintre ele. Raza metalică depinde de numărul de coordonare K. La K = 12, valoarea sa este luată în mod convențional ca unitate. Pentru numerele de coordonare 4, 6 și 8, razele metalice ale aceluiași element vor fi 0,88, 0,96 și, respectiv, 0,98.
Dacă iei două diferite metaleși comparați razele metalice ale elementelor lor, atunci proximitatea acestor valori între ele va însemna o condiție necesară, dar nu suficientă pentru solubilitatea reciprocă a acestor metale în funcție de tipul de substituție. De exemplu, potasiul lichid și litiu Li nu se amestecă în condiții normale și formează două straturi lichide, deoarece razele lor metalice sunt foarte diferite (0,236 nm, respectiv 0,155 nm), iar potasiul K cu cesiu Cs formează o soluție solidă datorită proximitatea razelor lor (0,236 nm și 0,268 nm).
van der Waals AR este folosit pentru a determina dimensiuni efective atomi de gaze nobile, precum și distanțe dintre cei mai apropiați atomi cu același nume care aparțin unor molecule diferite și nu sunt legați printr-o legătură chimică (de exemplu, cristale moleculare). Dacă astfel de atomi se apropie de o distanță mai mică decât suma razelor lor van der Waals, între ei va apărea o puternică repulsie interatomică. Aceste raze determină limitele minime admise de contact între doi atomi aparținând moleculelor învecinate.
În plus, datele AR sunt utilizate pentru a determina forma moleculelor, conformațiile lor și ambalarea în cristale moleculare. Principiul „ambalajului dens” este cunoscut, când molecule care formează un cristal, intră unul în celălalt cu „proeminențele” și „golurile” lor. Pe baza acestui principiu, datele cristalografice sunt interpretate și sunt prezise structurile cristalelor moleculare.
Video
Acest videoclip util vă va ajuta să înțelegeți ce este raza atomică.
Nu ai primit răspuns la întrebarea ta? Propuneți autorilor un subiect.
Să luăm în considerare relația dintre poziția elementelor în tabelul periodicși proprietăți ale elementelor chimice precum raza atomică și electronegativitatea.
Raza atomică este o valoare care arată dimensiunea învelișului de electroni a unui atom. Aceasta este o cantitate foarte importantă de care depind proprietățile atomilor elementelor chimice. În principalele subgrupe, cu creșterea încărcăturii nucleului atomic, numărul de niveluri electronice crește, de aceea raza atomică crește odată cu creșterea numărului atomic în subgrupele principale.
În timpul perioadelor, sarcina nucleului unui atom al unui element chimic crește, ceea ce duce la o atracție crescută a electronilor externi către nucleu. În plus, pe măsură ce sarcina nucleului crește, numărul de electroni din nivelul exterior crește, dar numărul de niveluri electronice nu crește. Aceste modele duc la comprimarea învelișului de electroni din jurul nucleului. Prin urmare, raza atomică scade odată cu creșterea numărului atomic în perioade.
De exemplu, aranja elemente chimice O, C, Li, F, N în ordinea descrescătoare a razelor atomice. Elementele chimice prezentate sunt în a doua perioadă. Într-o perioadă, razele atomice scad odată cu creșterea numărului atomic. Prin urmare, elementele chimice indicate trebuie scrise în ordinea crescătoare a numerelor lor de serie: Li, C, N, O, F.
Proprietățile elementelor și substanțele pe care le formează depind de numărul de electroni de valență, care este egal cu numărul grupului din tabelul periodic.
Nivelurile de energie finalizate, precum și nivelurile exterioare care conțin opt electroni, au stabilitate crescută. Acesta este exact ceea ce explică inerția chimică a heliului, neonului și argonului: ele nu intră în reacții chimice. Atomii tuturor celorlalte elemente chimice tind să cedeze sau să câștige electroni, astfel încât învelișul lor de electroni devine stabil și se transformă în particule încărcate.
Electronegativitatea- aceasta este capacitatea unui atom din compuși de a atrage electroni de valență, adică electroni prin care se formează legături chimiceîntre atomi. Această proprietate se datorează faptului că atomii se străduiesc să completeze stratul exterior de electroni și să obțină o configurație favorabilă energetic a gazului inert - 8 electroni.
Electronegativitatea depinde de capacitatea nucleului atomic de a atrage electroni de la nivelul energetic exterior. Cu cât această atracție este mai puternică, cu atât electronegativitatea este mai mare. Cu cât raza atomică este mai mică, cu atât este mai mare forța de atracție între electronii de la nivelul energetic exterior. În consecință, modificarea electronegativității în perioade și subgrupe principale va fi opusă modificării razelor atomice. Prin urmare, în principalele subgrupe, electronegativitatea scade odată cu creșterea numărului atomic. În perioadele cu creșterea numărului atomic, electronegativitatea crește.
De exemplu, să aranjam elementele chimice Br, F, I, Cl în ordinea creșterii electronegativității. Elementele chimice enumerate se află în subgrupul principal al celui de-al șaptelea grup. În principalele subgrupe, electronegativitatea scade odată cu creșterea numărului atomic. Prin urmare, elementele chimice indicate trebuie scrise în ordinea descrescătoare a numerelor lor de serie: I, Br, Cl, F.
