原子半径とイオン半径の違い

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原子半径とイオン半径は、似ているが同じではない 2 つの概念です。どちらも、それぞれ原子とイオンの実際のサイズの尺度です。同じ元素は、原子半径とイオン半径の両方を持つことができ、形成するさまざまな化合物で想定できるさまざまな原子価に応じて、後者のいくつかを持つことさえできます。

次に、これら 2 つの概念が何を指し、どのように異なるのかを見ていきます。

原子半径とは何ですか？

原子半径は化学元素の特性であり、互いに結合している 2 つの同一原子の原子核間の平均距離の半分として定義されます。

これは、素状態の原子のサイズのアイデアを提供する概念です。ただし、原子半径を、原子が明確な半径を持つ球体であることの証拠として解釈しないように注意する必要があります。実際、原子は電子の雲に囲まれた核で構成されており、この雲は一般に球形ではありません。また、原子半径の表現を示すほとんどの図が示唆するように、明確な境界もありません。

そうは言っても、いくつかの原子が他の原子よりも大きいことは間違いなく、原子半径の概念は、どれが大きくてどれが小さいかを知るのに非常に役立ちます.

原子半径はどのように決定されますか?

原子半径は、固体状態の元素の結晶構造から取得できます。次に、結晶構造は、X線、中性子、または電子回折の技術によって取得できます。これにより、原子が結晶の単位セルにどのように詰め込まれているか、およびセルの寸法を知ることができます。構造が解かれ、単位セル内のすべての原子の位置がわかると、原子半径は隣接する 2 つの原子の原子核間の距離の半分として計算されます。

原子半径に影響する要因

原子半径に影響を与え、この特性の周期的変動を引き起こす多くの要因があります。最も重要な要素は実効核電荷です。これは、最も内側の電子が遮蔽された結果、最も外側の電子が感じる実際の電荷にすぎません。

周期表の周期を左から右に移動すると、有効な核電荷が増加するため、価電子は原子核により多く引き付けられるため、最も外側の電子雲は小さくなります。この結果、原子半径が減少します。

一方、表のグループを下に移動すると、あるエネルギー準位からより高いエネルギー準位に移動するため、電子と原子核の間の平均距離が増加します。その結果、原子半径は上から下に増加します。

イオン半径とは？

イオン半径は原子半径と同様の方法で定義されますが、この場合は陽イオンと陰イオンの 2 つの単原子イオンの核間の距離です。イオン半径は、イオンの核とその最も外側の電子、つまりその価電子との間の距離です。原子半径とは異なり、イオン半径は、結晶内の 2 つのイオン間の距離の半分として計算することはできません。これは、同じ電荷のイオンは互いに結合せず、反対の電荷のイオンと結合するためです。ただし、2 つの対イオンの核間の合計距離は、両方のイオン半径の合計です。

イオン半径はどのように決定されますか?

イオン半径は、原子半径と同じ方法で、つまり、イオン固体の結晶構造の形状と寸法によって決定されます。次に、この構造は、いくつか例を挙げると、X線回折、中性子回折、電子回折などの技術によって取得できます。ただし、特定の孤立したイオンの半径を決定する直接的な方法はないため、1 つのイオン半径を推定し、それと関連する他のイオンの半径を比較することをお勧めします。

イオン結合の性質は結合している原子によって異なるため、イオン半径は原子半径よりも変化しやすくなります。さらに、イオン結合は決して 100% イオンではなく、常にさまざまな共有結合の性質を持っているため、イオン半径は化合物ごとに異なります。したがって、特定のイオンのイオン半径の値が報告される場合、それは実際には多数の実験的決定の平均であり、イオン半径が結晶セルの実際の寸法になることはめったにありません。

イオン半径に影響する要因

価電子によって感じられる実効核電荷によっても影響を受けることに加えて、元素のイオン半径の最も決定的な要因はイオンの電荷です。

陰イオン、つまり過剰な電子を持ち、したがって正味の負電荷を持つイオンは、通常、同じ数の電子を持つ陽イオンよりも大きなイオン半径を持っています。さらに、イオンが持つ電荷が大きいほど、同じ元素のイオン半径が大きくなります。

一方、正に帯電したイオン、つまり陽イオンは、中性元素から電子を失うことによって形成されます。これにより、電子間の反発が減少し、有効な核電荷が増加するため、電子雲が収縮して、より小さなイオンが生成されます。イオンの電荷が高いほど、電子雲がより収縮できるため、イオン半径が小さくなります。