Как определить радиус атома. Радиус атома как узнать


Как определить радиус атома | Сделай все сам

Под радиусом атома воспринимается расстояние между ядром данного атома и его самой далекой электронной орбитой. На сегодняшний день общепризнанной единицей измерения ядерного радиуса является пикометр(пм). Определить радиус атома дюже легко.

Вам понадобится

  • Периодическая таблица Менделеева

Инструкция

1. Первым делом, под рукой должна иметься обыкновенная таблица Менделеева, в которой по порядку расставлены все вестимые обществу химические элементы. Обнаружить эту таблицу дюже легко в любом справочнике по химии, школьном учебнике, либо же ее дозволено купить отдельно, в ближайшем книжном магазине.

2. В правом верхнем углу у всего из химических элементов указан его порядковый номер. Данный номер всецело совпадает с ядерным радиусом данного атома .

3. Скажем, порядковый номер хлора (Cl) — 17. Это обозначает, что расстояние от ядра атома хлора до самой далекой его орбиты движения стабильного электрона равно 17 пм. Если требуется обнаружить не только ядерный радиус, но и разделение электронов по электронным орбитам, то эти данные дозволено подчеркнуть из столбика цифр, расположенного справа от наименования химического элемента.

В строении планеты Земля выделяют ядро, мантию и кору. Ядро – центральная часть, расположенная особенно вдалеке от поверхности. Мантия располагается под корой и выше ядра . Наконец, кора – внешняя твердая оболочка планеты.

Инструкция

1. Одним из первых высказал предположение о существовании ядра британский химик и физик Генри Кавендиш в XVIII веке. Ему удалось вычислить массу и среднюю плотность Земли. Он сравнил плотность Земли с плотностью пород на поверхности. Было установлено, что поверхностная плотность гораздо ниже средней.

2. Немецким сейсмологом Э. Вихертом было подтверждено существование ядра Земли в 1897 году. Заокеанский геофизик Б. Гуттенберг в 1910 году определил глубину залегания ядра – 2900 км. По предположениям ученых, ядро состоит из сплава железа, никеля и других элементов, владеющих сродством к железу: золота, углерода, кобальта, германия и других.

3. Средний радиус ядра составляет 3500 километров. Помимо того, в строении ядра Земли выделяют твердое внутреннее ядро, имеющее радиус около 1300 километров, и жидкое внешнее радиус ом около 2200 километров. В центре ядра температура достигает 5000°C. Массу ядра оценивают примерно в 2•10^24 кг.

4. Дозволено провести параллель между строением планет и строением атома. В атоме также выдается центральная часть – ядро, причем в ядре сконцентрирована основная масса. Размеры ядерных ядер составляют несколько фемтометров (от лат. femto — 15). Приставка «фемто» обозначает домножение на десять в минус пятнадцатой степени. Таким образом, ядро атома в 10 тысяч раз поменьше самого атома, и в 10^21 раз поменьше размеров ядра Земли.

5. Дабы оценить радиус планеты, применяют косвенные геохимические и геофизические способы. В случае с атомом проводят обзор распада тяжелых ядер, рассматривая не столько геометрический радиус , сколько радиус действия ядерных сил. Идею о планетарном строении атома выдвинул Резерфорд. Связанность массы ядра от радиус а не является линейной.

Видео по теме

Для того дабы определить массу атома , обнаружьте молярную массу одноатомного вещества, применяя таблицу Менделеева. После этого эту массу поделите на число Авогадро (6,022•10^(23)). Это и будет масса атома, в тех единицах, в которых измерялась молярная масса. Масса атома газа находится через его объем, тот, что легко измерить.

Вам понадобится

  • Для определения массы атома вещества возьмите таблицу Менделеева, рулетку либо линейку, манометр, термометр.

Инструкция

1. Определение массы атома твердого тела либо жидкости Для определения массы атома вещества, определите его природу (из каких атомов оно состоит). В таблице Менделеева обнаружьте ячейку, в которой описывается соответствующий элемент. Обнаружьте массу одного моля этого вещества в граммах на моль, которая находится в этой ячейке (это число соответствует массе атома в ядерных единицах массы). Поделите молярную массу вещества на 6,022•10^(23) (число Авогадро), итогом будет масса атома данного вещества в граммах. Дозволено определить массу атома и иным методом. Для этого ядерную массу вещества в ядерных единицах массы взятую в таблице Менделеева умножьте на число 1,66•10^(-24). Получите массу одного атома в граммах.

2. Определение массы атома газа В том случае, если в сосуде есть газ неведомой природы, определите его массу в граммах, взвесив пустой сосуд и сосуд с газом, и обнаружьте разность их масс. Позже этого измерьте объем сосуда с поддержкой линейки либо рулетки, с дальнейшим произведением расчетов либо другими способами. Итог выразите в кубических метрах. Манометром измерьте давление газа внутри сосуда в паскалях, и измерьте его температуру термометром. Если шкала термометра проградуирована в градусах Цельсия, определите значение температуры в Кельвинах. Для этого к значению температуры на шкале термометра прибавьте число 273.

3. Для определения массы молекулы газа массу данного объема газа умножьте на его температуру и число 8,31. Итог поделите на произведение давления газа, его объема и числа Авогадро 6,022•10^(23) (m0=m•8,31•T/(P•V•NА)). Итогом будет масса молекулы газа в граммах. В том случае, если вестимо, что молекула газа двухатомная (газ не инертный) получившееся число поделите на 2. Помножив итог на 1,66•10^(-24) дозволено получить его ядерную массу в ядерных единицах массы, и определить химическую формулу газа.

Видео по теме

Обратите внимание! Вследствие таблице Менделеева, дюже легко обнаружить не только ядерный радиус, но и ядерную массу, молекулярную массу, период и ряд того либо другого элемента, а также и разделение электронов по электронным орбитам совместно с числом орбит. Особенно знаменитой моделью атома является модель, принятая в 1913 году Нильсом Бором. Также она вестима как планетарная модель. Связано это с тем, что электроны, аналогично планетам Ясной системы, движутся вокруг Солнца — ядра атома. Орбиты движения электронов непрерывны. Разработка данной модели дала толчок к становлению нового направления в теоретической физике — квантовой механике.Самый 1-й радиус орбиты движения электрона именуется боровским радиусом, а энергия электронов на первой орбите именуется энергией ионизации атома.

Полезный совет Стоит подметить, что радиус всякого атома обратно пропорционален числу протонов в его ядре, а также равен заряду его ядра.

jprosto.ru

Атомный радиус: что такое и как определить

Чтобы разобраться в вопросе, что в современной науке называется радиусом атома, вспомним, что из себя представляет сам атом. По классическим представлениям в центре атома находится ядро, состоящее из протонов и нейтронов, а вокруг ядра каждый на своей орбите вращаются электроны.

Радиус атома в физике

Поскольку в данной модели строения атома электроны являются пространственно ограниченными частицами, т. е. корпускулами, логично считать атомным радиусом (а. р.) расстояние от его ядра до самой дальней, или внешней, орбиты, по которой вращаются так называемые валентные электроны.

Однако по современным, квантовомеханическим представлениям, определить данный параметр нельзя так однозначно, как это делается в классической модели. Здесь электроны уже не представляются в виде частиц-корпускул, а получают свойства волн, т. е. пространственно-неограниченных объектов. В такой модели точно определить положение электрона просто невозможно. Здесь эта частица уже представляется в виде электронной орбитали, плотность которой меняется, в зависимости от расстояния до ядра атома.

Итак, в современной модели строения атома его радиус нельзя определить однозначно. Поэтому в квантовой физике, общей химии, физике твердого тела и других смежных науках эту величину сегодня определяют как радиус сферы, в центре которой находится ядро, внутри которой сосредоточено 90-98% плотности электронного облака. Фактически это расстояние и определяет границы атома.

Если рассмотреть Периодическую таблицу химических элементов (таблицу Менделеева), в которой приведены атомные радиусы, можно увидеть определенные закономерности, которые выражаются в том, что в пределах периода эти числа уменьшаются слева направо, а в пределах группы они увеличиваются сверху вниз. Такие закономерности объясняются тем, что внутри периода при движении слева направо заряд атома возрастает, что увеличивает силу притяжения им электронов, а при движении внутри группы сверху вниз все больше заполняется электронных оболочек.

Атомный радиус в химии и кристаллографии

Какие бывают виды

Данная характеристика сильно варьируется, в зависимости от того, в какой химической связи состоит атом. Поскольку все вещества в природе в подавляющем своем большинстве состоят из молекул, понятие а. р. используют для определения межатомных расстояний в молекуле. А данная характеристика зависит от свойств входящих в молекулу атомов, т. е. их положения в Периодической системе химических элементов. Обладая разными физическими и химическими свойствами, молекулы образуют все огромное разнообразие веществ.

По сути, эта величина очерчивает сферу действия силы электрического притяжения ядра атома и его внешних электронных оболочек. За пределами этой сферы в действие вступает сила электрического притяжения соседнего атома. Существует несколько типов химической связи атомов в молекуле:

  • ковалентная;
  • ионная;
  • металлическая;
  • ван-дер-ваальсова.

Соответственно этим связям таким же будет и атомный радиус.

Как зависит от типа химической связи

При ковалентной связи АР определяется как половина расстояния между соседними атомами в одинарной химической связи Х—Х, причем Х — это неметалл, ибо данная связь свойственна неметаллам. Например, для галогенов ковалентный радиус будет равен половине межъядерного расстояния Х—Х в молекуле Х2, для молекул селена Se и серы S — половине расстояния Х—Х в молекуле Х8, для углерода С он будет равен половине кратчайшего расстояния С—С в кристалле алмаза.

Данная химическая связь обладает свойством аддитивности, т. е. суммирования, что позволяет определять межъядерные расстояния в многоатомных молекулах. Если связь в молекуле двойная или тройная, то ковалентный АР уменьшается, т. к. длины кратных связей меньше одинарных.

При ионной связи, образующейся в ионных кристаллах, используют значения ионного АР для определения расстояния между ближайшими анионом и катионом, находящимися в узлах кристаллической решетки. Такое расстояние определяется как сумма радиусов этих ионов.

Существует несколько способов определения ионных радиусов, при которых отличаются значения у индивидуальных ионов. Но в результате эти способы дают примерно одинаковые значения межъядерных расстояний. Эти способы или системы были названы в честь ученых, проводивших в этой области соответствующие исследования:

  • Гольдшмидта;
  • Полинга;
  • Белова и Бокия;
  • других ученых.

При металлической связи, возникающей в кристаллах металлов, АР принимаются равными половине кратчайшего расстояния между ними. Металлический радиус зависит от координационного числа К. При К=12 его значение условно принимается за единицу. Для координационных чисел 4, 6 и 8 металлические радиусы одного и того же элемента соответственно будут равны 0.88, 0.96 и 0.98.

Если взять два разных металла и сравнить металлические радиусы их элементов, то близость этих значений друг к другу будет означать необходимое, но недостаточное условие взаимной растворимости этих металлов по типу замещения. Например, жидкие калий К и литий Li в обычных условиях не смешиваются и образуют два жидких слоя, потому что их металлические радиусы сильно различаются (0.236 нм и 0.155 нм соответственно), а калий К с цезием Cs образуют твердый раствор благодаря близости их радиусов (0.236 нм и 0.268 нм).

Ван-дер-ваальсовы АР используют для определения эффективных размеров атомов благородных газов, а также расстояний между ближайшими одноименными атомами, принадлежащими разным молекулам и не связанными химической связью (пример — молекулярные кристаллы). Если такие атомы сблизятся на расстояние, меньшее суммы их ван-дер-ваальсовых радиусов, между ними возникнет сильное межатомное отталкивание. Эти радиусы определяют минимально допустимые границы контакта двух атомов, принадлежащих соседним молекулам.

Кроме того, данные АР используют для определения формы молекул, их конформаций и упаковки в молекулярных кристаллах. Известен принцип «плотной упаковки», когда молекулы, образующие кристалл, входят друг в друга своими «выступами» и «впадинами». На основе этого принципа интерпретируются данные кристаллографии и предсказываются структуры молекулярных кристаллов.

Видео

Это полезное видео поможет вам понять, что такое радиус атома.

liveposts.ru

Как найти радиус атома

Атом представляет собою ту мельчайшую частицу вещества, которая является носителем его химических свойств. В упрощенном виде его можно представить как микроскопическую модель Солнечной системы, где роль Солнца исполняет атомное ядро, состоящее из протонов и нейтронов (за исключением водорода, ядром которого является один-единственный протон), а роль планет – электроны, вращающиеся вокруг этого ядра. То есть «границей» атома является орбита его внешнего электрона. А можно ли определить радиус атома?

Инструкция

  • Для упрощения решения представьте, что атом имеет шарообразную форму. То есть его внешний электрон вращается вокруг ядра по круговой орбите (что в реальности бывает далеко не всегда).
  • Затем возьмите Таблицу Менделеева, чтобы определить молярную массу элемента, радиус атома которого нас интересует. Обозначьте ее буквой m, к примеру. Вспомните, что молярная масса выражается в граммах на моль, то есть указывает, сколько граммов вещества содержится в одном его моле.
  • Потом вам надо вспомнить само определение моля и его связь с универсальным числом Авогадро, которое приблизительно равно 6,022*10 в степени 23. Иными словами, та самая молярная масса m, определенная по Таблице Менделеева, содержит 6,022*10 в степени 23 атомов этого вещества.
  • После чего вам необходимо узнать его плотность. Для этого воспользуйтесь любым химическим или техническим справочником. Обозначьте плотность буквой ρ, например. А для чего вам надо было узнавать этот параметр? Зная плотность ρ, зная молярную массу m, вы в одно действие найдете, какой объем v занимает один моль этого вещества по следующей формуле v=m/ρ.
  • Ну, а для чего вам надо знать объем, занимаемый одним молем вещества? Зная, в каком объеме содержится то самое число Авогадро атомов этого вещества, вы без малейшего труда посчитаете, какой объем занимает один атом (имеющий строго шарообразную форму). Иными словами, объем одного атома равен m/6,022*10 в степени 23ρ.
  • Учитывая, что формула объема шара - 4πRв степени 3/3, вы без малейшего труда вычислите, чему равен этот самый радиус. Преобразуя равенство, вы получите следующее решение:R в степени 3 = 3m/4πρх6,022*10 в степени 23
  • Извлеките из полученного результата кубический корень, и вот он – искомый радиус атома!

completerepair.ru

Атомный радиус - Общая и неорганическая химия

Важной характеристикой атома является его размер, т. е. атомный радиус. Размер отдельного атома не определен, поскольку внешняя его граница размыта за счет вероятностного нахождения электронов в различных точках околоядерного пространства.  В силу этого, в зависимости от типа связи между атомами различают металлические, ковалентные, ван-дер-ваальсовы, ионные и др. атомные радиусы.

«Металлические» радиусы (rme) найдены путем деления пополам кратчайших межатомных расстояний в кристаллических структурах простых веществ с координационным числом 12. При других значениях к.ч. учитывается необходимая поправка.

Значения ковалентных радиусов (rcov) рассчитаны как половина длины гомоатомной связи. В случае невозможности определить длину одинарной гомоатомной связи, значение rcov атома элемента A получают вычитанием ковалентного радиуса атома элемента B из длины гетероатомной связи A-B. Ковалентные радиусы зависят, главным образом, от размеров внутренней электронной оболочки.

Радиусы валентно-несвязанных атомов - ван-дер-ваальсовы радиусы (rw) определяют эффективные размеры атомов, обусловленные силами отталкивания заполненных энергетических уровней.

Значения энергии электронов, определенные по правилам Слэтера. позволили оценить относительную величину - кажущийся размер атома - rcmp (эмпирический радиус).

Длина связи дана в ангстремах (1 Å = 0.1 нм = 100 пм).

Элемент rme rcov rw rcmp
H 0.46 0.37 1.20 0.25
He 1.22 0.32 1.40 -
Li 1.55 1.34 1.82 1.45
Be 1.13 0.90 - 1.05
B 0.91 0.82 - 0.85
C 0.77 0.77 1.70 0.70
N 0.71 0.75 1.55 0.65
O - 0.73 1.52 0.60
F - 0.71 1.47 0.50
Ne 1.60 0.69 1.54 -
Na 1.89 1.54 2.27 1.80
Mg 1.60 1.30 1.73 1.50
Al 1.43 1.18 - 1.25
Si 1.34 1.11 2.10 1.10
P 1.30 1.06 1.80 1.00
S - 1.02 1.80 1.00
Cl - 0.9 1.75 1.00
Ar 1.92 0.97 1.88 -
K 2.36 1.96 2.75 2.20
Ca 1.97 1.74 - 1.80
Sc 1.64 1.44 - 1.60
Ti 1.46 1.36 - 1.40
V 1.34 1.25 - 1.35
Cr 1.27 1.27 - 1.40
Mn 1.30 1.39 - 1.40
Fe 1.26 1.25 - 1.40
Co 1.25 1.26 - 1.35
Ni 1.24 1.21 1.63 1.35
Cu 1.28 1.38 1.40 1.35
Zn 1.39 1.31 1.39 1.35
Ga 1.39 1.26 1.87 1.30
Ge 1.39 1.22 - 1.25
As 1.48 1.19 1.85 1.15
Se 1.60 1.16 1.90 1.15
Br - 1.14 1.85 1.15
Kr 1.98 1.10 2.02 -
Rb 2.48 2.11 - 2.35
Sr 2.15 1.92 - 2.00
Y 1.81 1.62 - 1.80
Zr 1.60 1.48 - 1.55
Nb 1.45 1.37 - 1.45
Mo 1.39 1.45 - 1.45
Tc 1.36 1.56 - 1.35
Ru 1.34 1.26 - 1.30
Rh 1.34 1.35 - 1.35
Pd 1.37 1.31 1.63 1.40
Ag 1.44 1.53 1.72 1.60
Cd 1.56 1.48 1.58 1.55
In 1.66 1.44 1.93 1.55
Sn 1.58 1.41 2.17 1.45
Te 1.70 1.35 2.06 1.40
I - 1.33 1.98 1.40
Xe 2.18 1.30 2.16 -
Cs 2.68 2.25 - 2.60
Ba 2.21 1.98 - 2.15
La 1.87 1.69 - 1.95
Ce 1.83 - - 1.85
Pr 1.82 - - 1.85
Nd 1.82 - - 1.85
Pm - - - 1.85
Sm 1.81 - - 1.85
Eu 2.02 - - 1.80
Gd 1.79 - - 1.80
Tb 1.77 - - 1.75
Dy 1.77 - - 1.75
Ho 1.76 - - 1.75
Er 1.75 - - 1.75
Tm 1.74 - - 1.75
Yb 1.93 - - 1.75
Lu 1.74 1.60 - 1.75
Hf 1.59 1.50 - 1.55
Ta 1.46 1.38 - 1.45
W 1.40 1.46 - 1.35
Re 1.37 1.59 - 1.35
Os 1.35 1.28 - 1.30
Ir 1.35 1.37 - 1.35
Pt 1.38 1.28 1.75 1.35
Au 1.44 1.44 1.66 1.35
Hg 1.60 1.49 1.55 1.50
Tl 1.71 1.48 1.96 1.90
Pb 1.75 1.47 2.02 1.80
Bi 1.82 1.46 - 1.60
Po - - - 1.90
At - - - -
Rn - 1.45 - -
Fr 2.80 - - -
Ra 2.35 - - 2.15
Ac 2.03 - - 1.95
Th 180 - - 1.80
Pa 1.62 - - 1.80
U 1.53 - 1.86 1.75
Np 1.50 - - 1.75
Pu 1.62 - - 1.75
Am - - - 1.75
Общая тенденция изменения атомных радиусов такова. В группах атомные радиусы возрастают, так как с увеличением числа энергетических уровней увеличиваются размеры атомных орбиталей с большим значением главного квантового числа. Для d-элементов, в атомах которых заполняются орбитали предшествующего энергетического уровня, эта тенденция не имеет отчетливого характера при переходе от элементов пятого периода к элементам шестого периода.

В малых периодах радиусы атомов в целом уменьшаются, так как увеличение заряда ядра при переходе к каждому следующему элементу вызывает притяжение внешних электронов с возрастающей силой; число энергетических уровней в то же время остается постоянным.

Изменение атомного радиуса в периодах у d-элементов носит более сложный характер.

Величина атомного радиуса достаточно тесно связана с такой важной характеристикой атома, как энергия ионизации. Атом может терять один или несколько электронов, превращаясь в положительно заряженный ион - катион. Количественно эта способность оценивается энергией ионизации.

 

Список использованной литературы
  1. Попков В. А., Пузаков С. А. Общая химия: учебник. - М.: ГЭОТАР-Медия, 2010. - 976 с.: ISBN 978-5-9704-1570-2. [с. 27-28]
  2. Волков, А.И., Жарский, И.М. Большой химический справочник / А.И. Волков, И.М. Жарский. - Мн.: Современная школа, 2005. - 608 с ISBN 985-6751-04-7. [c. 44-46]

chemiday.com

Радиусы атомов элементов | Формулы и расчеты онлайн

Азотрадиус атома азота56 · 10 − 12 (Метр)
Алюминийрадиус атома алюминия118 · 10 − 12 (Метр)
Аргонрадиус атома аргона71 · 10 − 12 (Метр)
Астатинрадиус атома астатина127 · 10 − 12 (Метр)
Барийрадиус атома бария253 · 10 − 12 (Метр)
Бериллийрадиус атома бериллия112 · 10 − 12 (Метр)
Боррадиус атома бора87 · 10 − 12 (Метр)
Бромрадиус атома брома94 · 10 − 12 (Метр)
Ванадийрадиус атома ванадия171 · 10 − 12 (Метр)
Висмутрадиус атома висмута143 · 10 − 12 (Метр)
Водородрадиус атома водорода53 · 10 − 12 (Метр)
Вольфрамрадиус атома вольфрама193 · 10 − 12 (Метр)
Гадолинийрадиус атома гадолиния233 · 10 − 12 (Метр)
Галлийрадиус атома галлия136 · 10 − 12 (Метр)
Гафнийрадиус атома гафния208 · 10 − 12 (Метр)
Гелийрадиус атома гелия31 · 10 − 12 (Метр)
Германийрадиус атома германия125 · 10 − 12 (Метр)
Гольмийрадиус атома гольмия226 · 10 − 12 (Метр)
Диспрозийрадиус атома диспрозия228 · 10 − 12 (Метр)
Европийрадиус атома европия231 · 10 − 12 (Метр)
Железорадиус атома железа156 · 10 − 12 (Метр)
Золоторадиус атома золота174 · 10 − 12 (Метр)
Индийрадиус атома индия156 · 10 − 12 (Метр)
Иридийрадиус атома иридия180 · 10 − 12 (Метр)
Иттербийрадиус атома иттербия222 · 10 − 12 (Метр)
Иттрийрадиус атома иттрия212 · 10 − 12 (Метр)
Йодрадиус атома йода115 · 10 − 12 (Метр)
Кадмийрадиус атома кадмия161 · 10 − 12 (Метр)
Калийрадиус атома калия243 · 10 − 12 (Метр)
Кальцийрадиус атома кальция194 · 10 − 12 (Метр)
Кислородрадиус атома кислорода48 · 10 − 12 (Метр)
Кобальтрадиус атома кобальта152 · 10 − 12 (Метр)
Кремнийрадиус атома кремния111 · 10 − 12 (Метр)
Криптонрадиус атома криптона88 · 10 − 12 (Метр)
Ксенонрадиус атома ксенона108 · 10 − 12 (Метр)
Литийрадиус атома лития167 · 10 − 12 (Метр)
Лютецийрадиус атома лютеция217 · 10 − 12 (Метр)
Магнийрадиус атома магния145 · 10 − 12 (Метр)
Марганецрадиус атома марганца161 · 10 − 12 (Метр)
Медьрадиус атома меди145 · 10 − 12 (Метр)
Молибденрадиус атома молибдена190 · 10 − 12 (Метр)
Мышьякрадиус атома мышьяка114 · 10 − 12 (Метр)
Натрийрадиус атома натрия190 · 10 − 12 (Метр)
Неодимрадиус атома неодима206 · 10 − 12 (Метр)
Неонрадиус атома неона38 · 10 − 12 (Метр)
Никель

www.fxyz.ru

Атомные радиусы.

Определение атомных радиусов также связано с некоторыми проблемами. Во-первых, атом не является сферой со строго определенными поверхностью и радиусом. Напомним, что атом представляет собой ядро, окруженное облаком электронов. Вероятность обнаружения электрона по мере удаления от ядра постепенно возрастает до некоторого максимума, а затем постепенно уменьшается, но становится равной нулю только на бесконечно большом расстоянии. Во-вторых, если мы все же выберем некоторое условие для определения радиуса, такой радиус все равно нельзя будет измерить экспериментально.

Эксперимент позволяет определять только межъядерные расстояния, другими словами-длины связей (и то с определенными оговорками, приведенными в подписи к рис. 2.21). Для их определения используется рентгеноструктурный анализ или метод электронографии (основанный на дифракции электронов). Радиус атома полагают равным половине наименьшего межъядерного расстояния между одинаковыми атомами.

Вандерваальсовы радиусы. Для несвязанных между собой атомов половина наименьшего межъядерного расстояния называется вандерваальсовым радиусом. Это определение поясняет рис. 2.22.

Рис. 2.21. Длина связи. Вследствие того что молекулы непрерывно колеблются, межъядерное расстояние, или длина связи, не имеет фиксированного значения. Этот рисунок схематически изображает линейное колебание простой двухатомной молекулы. Колебания не позволяют определить длину связи просто как расстояние между центрами двух связанных атомов. Более точное определение выглядит так: длина связи это расстояние между связанными атомами, измеренное между центрами масс двух атомов и соответствующее минимуму энергии связи. Минимум энергии показан на кривой Морзе (см. рис. 2.1).

Таблица 2.6. Плотности аллотропов углерода и серы Таблица 2.7. Длина связей углерод - углерод

 

Ковалентные радиусы. Ковалентный радиус определяется как половина межъядерного расстояния (длины связи) между двумя одинаковыми атомами, связанными друг с другом ковалентной связью (рис. 2.22, б). В качестве примера возьмем молекулу хлора Cl2, длина связи в которой составляет 0,1988 нм. Ковалентный радиус хлора полагается равным 0,0944 нм.

Зная ковалентный радиус атома одного элемента, можно вычислить ковалентный радиус атома другого элемента. Например, экспериментально установленное значение длины связи С—Cl в Ch4Cl равно 0,1767 нм. Вычитая из этого значения ковалентный радиус хлора (0,0994 нм), находим, что ковалентный радиус углерода равен 0,0773 нм. Такой метод вычисления основан на принципе аддитивности, согласно которому атомные радиусы подчиняются простому закону сложения. Таким образом, длина связи С—Cl представляет собой сумму ковалентных радиусов углерода и хлора. Принцип аддитивности применим только к простым ковалентным связям. Двойные и тройные ковалентные связи имеют меньшую длину (табл. 2.7).

Длина простой ковалентной связи зависит еще от ее окружения в молекуле. Например, длина связи С—H изменяется от 0,1070 нм у тризамещенного атома углерода до 0,115 нм в соединении Ch4CN.

Металлические радиусы. Металлический радиус полагается равным половине межъядерного расстояния между соседними ионами в кристаллической решетке металла (рис. 2.22, в). Термин атомный радиус обычно относится к ковалентному радиусу атомов неметаллических элементов, а термин металлический радиус~к атомам металлических элементов.

Ионные радиусы. Ионный радиус-это одна из двух частей межъядерного расстояния между соседними одноатомными (простыми) ионами в кристаллическом ионном соединении (соли). Определение ионного радиуса тоже сопряжено с немалыми проблемами, поскольку экспериментально измеряют межионные расстояния, а не сами ионные радиусы. Межионные расстояния зависят от упаковки ионов в кристаллической решетке. На рис. 2.23 показаны три возможных способа упаковки ионов в кристаллической решетке. К сожалению, экспериментально измеренные межионные расстояния

Рис. 2.23. Ионные радиусы, с-анионы соприкасаются друг с другом, но катионы не соприкасаются с анионами; б-катионы соприкасаются с анионами, но анионы не соприкасаются друг с другом; в условно принятое расположение ионов, при котором катионы соприкасаются с анионами и анионы соприкасаются друг с другом. Расстояние а определяется экспериментально. Оно принимается за удвоенный радиус аниона. Это позволяет вычислить межионное расстояние b, представляющее собой сумму радиусов аниона и катиона. Зная межионное расстояние Ь, можно вычислить радиус катиона.

не позволяют судить о том, какой из этих трех способов упаковки действительно осуществляется в каждом конкретном случае. Проблема заключается в том, чтобы найти пропорцию, в которой следует разделить межионное расстояние на две части, соответствующие радиусам двух ионов, другими словами, решить, где же на самом деле кончается один ион и где начинается другой. Как показывает, например, рис. 2.12, этот вопрос не позволяют решить и карты электронной плотности солей. Для преодоления указанной трудности обычно предполагают, что: 1) межионное расстояние представляет собой сумму двух ионных радиусов, 2) ионы имеют сферическую форму и 3) соседние сферы соприкасаются друг с другом. Последнее предположение соответствует способу упаковки ионов, изображенному на рис. 2.23, е. Если известен один ионный радиус, другие ионные радиусы можно вычислить на основании принципа аддитивности.

Сопоставление радиусов различных типов. В табл. 2.8 указаны значения радиусов различных типов для трех элементов 3-го периода. Нетрудно видеть, что самые большие значения принадлежат анионным и вандерваальсовым радиусам. На рис. 11.9 сопоставлены размеры ионов и атомов для всех элементов 3-го периода, за исключением аргона. Размеры атомов определяются их ковалентными радиусами. Следует обратить внимание на то, что катионы имеют меньшие размеры, чем атомы, а анионы - большие размеры, чем атомы этих же элементов. Для каждого элемента из всех типов радиусов наименьшее значение всегда принадлежит катионному радиусу.

Таблица 2.8. Сопоставление атомных радиусов различных типов

Экспериментальное определение. Для определения формы простых молекул и многоатомных ионов, а точнее - длин связей и валентных углов (углов между связями), используются разнообразные экспериментальные методы. К ним относятся микроволновая спектроскопия, а также методы изучения дифракции рентгеновских лучей (рентгеноструктурный анализ), нейтронов (нейтронография) или электронов (электронография). В следующей главе подробно рассказывается о том, каким образом с помощью дифракции рентгеновских лучей можно определять кристаллическую структуру. Однако для определения формы простых молекул в газовой фазе обычно используется электронография (метод изучения дифракции электронов). Этот метод основан на использовании волновых свойств электронов. Пучок электронов пропускают сквозь образец исследуемого газа. Молекулы газа рассеивают электроны, и в результате возникает дифракционная картина. Анализируя ее, можно определить длины связей и валентные углы в молекулах. Этот метод аналогичен используемому при анализе дифракционной картины, образуемой при рассеянии рентгеновских лучей.

Оглавление:

 

 

www.himikatus.ru

Атомные радиусы — Мегаэнциклопедия Кирилла и Мефодия — статья

А́томные ра́диусы — характеристики, позволяющие приближенно оценивать межатомные (межъядерные) расстояния в молекулах и кристаллах.

Под эффективным радиусом атома или иона понимается радиус сферы его действия, причем атом (ион) считается несжимаемым шаром. Используя планетарную модель атома, его представляют как ядро, вокруг которого по орбиталям вращаются электроны. Последовательность элементов в Периодической системе Менделеева соответствует последовательности заполнения электронных оболочек. Эффективный радиус иона зависит от заполненности электронных оболочек, но он не равен радиусу наружной орбиты. Для определения эффективного радиуса представляют атомы (ионы) в структуре кристалла как соприкасающиеся жесткие шары, так что расстояние между их центрами равно сумме радиусов. Атомные и ионные радиусы определены экспериментально по рентгеновским измерениям межатомных расстояний и вычислены теоретически на основе квантово-механических представлений.

Размеры ионных радиусов подчиняются следующим закономерностям:

1. Внутри одного вертикального ряда периодической системы радиусы ионов с одинаковым зарядом увеличиваются с возрастанием атомного номера, поскольку растет число электронных оболочек, а значит, и размер атома.

2. Для одного и того же элемента ионный радиус возрастает с увеличением отрицательного заряда и уменьшается с увеличением положительного заряда. Радиус аниона больше радиуса катиона, поскольку у аниона имеется избыток электронов, а у катиона – недостаток. Например, у Fe, Fe2+, Fe3+ эффективный радиус равен 0, 126, 0, 080 и 0, 067 нм соответственно, у Si4-, Si, Si4+ эффективный радиус равен 0, 198, 0, 118 и 0, 040 нм.

3. Размеры атомов и ионов следуют периодичности системы Менделеева; исключения составляют элементы от № 57 (лантан) до №71 (лютеций), где радиусы атомов не увеличиваются, а равномерно уменьшаются (так называемое лантаноидное сжатие), и элементы от № 89 (актиний) и дальше (так называемое актиноидное сжатие).

Атомный радиус химического элемента зависит от координационного числа. Увеличение координационного числа всегда сопровождается увеличением межатомных расстояний. При этом относительная разность значений атомных радиусов, соответствующих двум разным координационным числам, не зависит от типа химической связи (при условии, что тип связи в структурах со сравниваемыми координационными числами одинаков). Изменение атомных радиусов с изменением координационного числа существенно сказывается на величине объемных изменений при полиморфных превращениях. Например, при охлаждении железа, его превращение из модификации с гранецентрированной кубической решеткой в модификацию с объемно-центрированной кубической решеткой имеющее место при 906 оС, должно сопровождаться увеличением объема на 9%, в действительности увеличение объема составляет 0, 8%. Это связано с тем, что за счет изменения координационного числа от 12 до 8 атомный радиус железа уменьшается на 3%. Т.е., изменение атомных радиусов при полиморфных превращениях в значительной степени компенсируют те объемные изменения, которые должны были бы произойти, если бы при этом не менялся атомный радиус. Атомные радиусы элементов можно сопоставлять только при одинаковом координационном числе.

Атомные (ионные) радиусы зависят также от типа химической связи.

В кристаллах с металлической связью атомный радиус определяется как половина межатомного расстояния между ближайшими атомами. В случае твердых растворов металлические атомные радиусы меняются сложным образом.

Под ковалентными радиусами элементов с ковалентной связью понимают половину межатомного расстояния между ближайшими атомами, соединенными единичной ковалентной связью. Особенностью ковалентных радиусов является их постоянство в разных ковалентных структурах с одинаковыми координационными числами. Так, расстояния в одинарных связях С-С в алмазе и насыщенных углеводородах одинаковы и равны 0, 154 нм.

Ионные радиусы в веществах с ионной связью не могут быть определены как полусумма расстояний между ближайшими ионами. Как правило, размеры катионов и анионов резко различаются. Кроме того, симметрия ионов отличается от сферической. Существует несколько подходов к оценке величины ионных радиусов. На основании этих подходов оценивают ионные радиусы элементов, а затем из экспериментально определенных межатомных расстояний определяют ионные радиусы других элементов.

Ван-дер-ваальсовы радиусы определяют эффективные размеры атомов благородных газов. Кроме того, ван-дер-ваальсовыми атомными радиусами считают половину межъядерного расстояния между ближайшими одинаковыми атомами, не связанными между собой химической связью, т.е. принадлежащими разным молекулам (например, в молекулярных кристаллах).

При использовании в расчетах и построениях величин атомных (ионных) радиусов их значения следует брать из таблиц, построенных по одной системе.

megabook.ru