Atomisk radius

Den atomradius af et grundstof er et mål for størrelsen af dets atomer , sædvanligvis den gennemsnitlige afstand mellem kernen og grænsen af elektronskyen omkring den. Da denne grænse ikke er en veldefineret fysisk enhed, er der flere ikke-ækvivalente definitioner af atomradius.

Afhængigt af definitionen kan udtrykket kun gælde for enkeltatomer eller også for atomer i kondenseret stof , en kovalent binding i et molekyle eller i ioniserede og exciterede tilstande. Dens værdi kan opnås ved eksperimentelle målinger eller beregnes ud fra teoretiske modeller. Med bestemte definitioner kan atomradiusens værdi afhænge af atomtilstanden og dens omgivelser.

Atomer kan ofte modelleres som kugler. Det er lidt af en grov tilnærmelse, men det kan give forklaringer og forudsigelser for mange fænomener såsom tætheden af væsker og faste stoffer, diffusion af væsker i en molekylsigte , arrangementet af atomer og ioner. I krystaller og størrelsen og form af molekyler.

Imidlertid er begrebet atomradius vanskeligt at definere, fordi elektroner ikke har en veldefineret bane eller en præcis størrelse. Deres position skal således beskrives ved hjælp af fordelingssandsynligheder, som gradvist falder, når de bevæger sig væk fra kernen uden pludselig at annullere hinanden. Også i kondenseret stof og molekyler overlapper de elektroniske skyer af atomer ofte, og nogle elektroner kan delokaliseres på to eller flere atomer.

På trods af disse begrebsmæssige vanskeligheder giver de fleste definitioner for isolerede atomer en radius mellem 30 og 300 pm (fra 0,3 til 3 ångströms ) Atomradien er derfor mere end 10.000 gange større end atomkernen, men mindre end en tusindedel af den synlige bølgelængde .

Atomeradier ændres forudsigeligt, når du bevæger dig gennem det periodiske system . For eksempel falder radier generelt langs en periode (række) i tabellen fra baser til ædle gasser ; og øges, når du sænker en kolonne.

Definitioner og metoder til beregning af atomradius

For et atom eller en ion

En måde at definere den atomare radius på er at tage det maksimale af den radiale densitet af en atombane af Slater- typen , der beskriver de eksterne elektroner i det betragtede atom: vi finder derefter

$r = {\ frac {n * ^ {2}} {Z * _ {{{\ rm {eff}}}}}} \ cdot a _ {{0}}$

Hvor n * er den primære kvantetal af valensskal , Z * eff betegner ladningen af kernen (fordi Z er atomnummeret) og har 0 radius af Bohr-atomet , som anvendes her som reference for beregning og hvilket svarer til 0,052 9 nm .

I atomer involveret i en kemisk binding

Hvis der dannes en kovalent binding mellem to ikke-metaller , diskuteres en bestemt type atomstråle kaldet en kovalent stråle. Den kovalente radius er defineret som halvdelen af afstanden mellem kernerne i to sammenhængende atomer (eller ioner) i et molekyle .

Hvis der dannes en metallisk binding mellem to metaller , vil vi tale om en bestemt type atomstråle kaldet metallisk stråle.

Denne længde, målt med et røntgendiffraktometer , kan groft bestemme størrelsen af et atom, selv om elektron skyer af de to atomer blandes.

Evolution sammenligninger i henhold til egenskaberne af den elektroniske sky

Når man sammenligner isovalente atomer , hvis elektronerne alle er placeret på det samme lag i hvert atom, vil atomet med de fleste protoner (derfor det tungeste) være det største, da tiltrækningen bliver mindre, i modsætning til hvis antallet af elektroner er lille og antallet af protoner er stort, tiltrækningen bliver større.

Når man sammenligner isoelektroniske atomer , gælder den samme logik, atomet med de fleste protoner vil have den mindste atomradius, da kernen vil udøve en større tiltrækning på elektronerne.

Når man sammenligner isoprotoniske atomer , skal man se på antallet af elektroner. Jo færre elektroner der er i atomet, jo større tiltrækningskraft af kernen udøves på hver og jo mindre atomradius.

Evolution inden for det periodiske system

I et periodisk system , jo længere til højre i den samme periode, jo mindre er atomradius. Denne periodiske egenskab er direkte relateret til stigningen i den effektive ladning, fordi antallet af protoner og valenselektroner stiger fra venstre mod højre over en periode , men den afskærmende effekt, der forårsages af dem. Interne elektroner forbliver meget de samme. Denne vækst afspejler en stigning i tiltrækningen mellem kernen og valenselektronerne og derfor et fald i afstanden mellem kernerne i de to atomer.

Jo længere nede vi går på den samme søjle, jo større er atomradius. Forklaringen på denne periodiske tendens er relativt enkel: det primære kvantetal n , kvadrat, stiger hurtigere end Z eff i atomradiusformlen. I fysiske termer betyder det , at antallet af protoner og antallet af interne elektroner stiger fra top til bund i en familie , men antallet af valenselektroner forbliver konstant. Skærmeffekten er derfor mere og mere vigtig, og valenselektronerne bibeholdes mindre stærkt af kernen. Forøgelsen i atomradius skyldes derefter en "udvidelse af elektronskyen ".

Følgende tabel viser værdierne i Ångström udgivet af JC Slater med en usikkerhed på 0,12 Å :

H
0,25

Hej

Li
1,45

Vær
1.05

B
0,95

C
0,85

N
0,85

O
0,9

F
0,5

Født

Na
1,8

Mg
1,5

Al
1.25

Hvis
1.1

P
1

S
1

Cl
1

K
2.2

Ca
1,8

Sc
1.6

Ti
1.4

V
1,35

Cr
1.4

Mn
1.4

Fe
1.4

Co
1.35

Ni
1,35

Cu
1,35

Zn
1,35

Ga
1.3

Ge
1,25

Ess
1.15

Se
1.15

Br
1.15

Rb
2,65

Sr
2

Y
1,8

Zr
1,55

Num
1.45

MB
1,45

Tc
1.35

Ru
1.3

Rh
1.35

Pd
1.4

Ag
1.6

Cd
1.55

I
1.55

Sn
1.45

Sb
1.45

Te
1.4

I
1.4

Cs
2.6

Ba
2.15

Læs
1.75

Hf
1,55

Din
1.45

W
1,35

Ad
1.35

Knogle
1.3

Ir
1,35

Pt
1,35

Kl.
1.35

Hg
1,5

Tl
1.9

Pb
1.8

Bi
1.6

Po
1.9

Kl.
1.8

Fr
2.8

Ra
2,85

↓

den
1,95

Denne
1.85

Pr
1,85

Nd
1,85

Pm
1,85

Sm
1,85

Eu
1.85

Gd
1.8

Tb
1,75

Dy
1,75

Ho
1,75

Er
1,75

Tm
1,75

Yb
1,75

Ac
1,95

Th
1.8

Pa
1.8

U
1,75

Np
1,75

Pu
1,75

Er
1,75

Ingen

Noter og referencer

(fr) Denne artikel er helt eller delvist taget fra Wikipedia-artiklen på engelsk med titlen " Atomic radius " ( se listen over forfattere ) .

(in) F. Albert Cotton og Geoffrey Wilkinson , avanceret uorganisk kemi , New York, Wiley ,1988, 1455 s. ( ISBN 978-0-471-84997-1 , OCLC 16580057 ) , s. 1385.
(en) Jean-Louis Basdevant James Rich & Michel Spiro, Fundamentals in Nuclear Physics: From Nuclear Structure to Cosmology , New York, Springer,2005, 515 s. ( ISBN 978-0-387-01672-6 , LCCN 2004056544 , læs online ) , s. 13 (fig 1.1).
(in) JC Slater , " Atomic Radii in Crystals " , Journal of Chemical Physics , bind. 41,1964, s. 3199 ( DOI 10.1063 / 1.1725697 ).

Se også

Relaterede artikler

Bibliografi

Peter Atkins og Loretta Jones ( overs. André Pousse), Kemi: molekyler, stof, metamorfoser ["Kemi: molekyler, stof og forandring"], Bruxelles Paris, De Boeck universite,1998, 1018 s. ( ISBN 978-2-7445-0028-2 , OCLC 489879525 , online præsentation ).
Jerome Rosenberg og Lawrence M. Epstein ( oversat af Jean-Claude Engrand), Generel kemi: kurser og problemer ["Theory and problems of college chemistry"], Paris, McGraw-Hill, coll. "Schaum",1983, 351 s. ( ISBN 978-2-7042-1273-6 , OCLC 29372943 ).
Steven S Zumdahl ( oversat Maurice Rouleau), generel kemi , Montreal, uddannelses- og kulturcenter,1988, 481 s. ( ISBN 978-2-7617-0471-7 og 978-2-761-70584-4 ).