Tabla de Contenidos
Storleken är en viktig egenskap hos atomerna som utgör de olika grundämnena som finns i det periodiska systemet. Det låter oss förstå många av deras egenskaper, som väte och heliums tendens att fly från behållarna som innehåller dem, eller oförmågan hos vissa joner att passera genom vissa jonkanaler i cellväggen.
Men när vi föreställer oss en atom som består av en mycket tät och liten kärna omgiven av ett moln av ännu mindre elektroner som rör sig runt den, är det svårt att förstå vad ”storlek” betyder i fallet med en atom. Detta beror på att atomer nästan helt är gjorda av tomt utrymme och vi är vana vid att förstå storlek som något förknippat med fasta kroppar som vi kan se och manipulera med våra händer.
Med tanke på ovanstående, för att förklara den relativa storleken på atomerna i de kemiska elementen, måste vi börja med att definiera storleken ur kemisk synvinkel.
Flera sätt att se storleken på atomer
Att definiera storleken på något börjar från att känna till dess form och dess dimensioner. När det gäller atomer antar vi i allmänhet att de har formen av en sfär, även om detta inte är strikt sant. Det är dock praktiskt att anta det så.
Om man betraktar dem som sfärer, bestäms storleken på atomerna av deras radie eller diameter. När vi tänker på en atoms radie är det första som kommer att tänka på avståndet mellan atomens centrum, eller dess kärna, och den yttre kanten av dess elektronmoln. Problemet är att elektronmolnet inte har en skarp kant (precis som moln inte har en skarp ytteryta).
Detta innebär att definitionen av radien är komplicerad och något tvetydig. Dessutom betyder det också att mätning av radien för en enskild atom är praktiskt taget omöjlig. Så några sätt har utvecklats för att bestämma eller uppskatta radierna för atomer baserat på experimentella data.
Det finns tre huvudsakliga sätt att uttrycka storleken på atomer:
- Atomradien eller metallradien.
- Den kovalenta radien .
- Den joniska radien.
De tre begreppen skiljer sig från varandra och gäller olika fall. Av denna anledning är det inte alltid möjligt att direkt jämföra storleken på två atomer med varandra. Dessutom ändras storleken beroende på om det är en neutral atom eller en jon. I det senare fallet varierar storleken också beroende på värdet och den elektriska laddningens tecken.
Atomradie eller metallisk radie
Det enklaste konceptet att förstå är atomradien. Atomradien för ett grundämne definieras som halva medelavståndet mellan två intilliggande atomer i en kristall av det rena elementet. Detta avstånd kan enkelt bestämmas med hjälp av röntgendiffraktionstekniker.
Begreppet atomradie gäller främst metaller, som är de enda grundämnena som bildar kristallina strukturer där varje atom i den neutrala metallen är exakt densamma som den bredvid. Ickemetaller, å andra sidan, bildar i allmänhet inte samma typ av fasta ämnen. Det är av denna anledning som atomradie ofta kallas metallisk radie.
kovalent radie
Med undantag för ädelgaserna bildar de flesta icke-metaller i sitt rena tillstånd antingen diskreta molekyler eller fasta ämnen med omfattande kovalenta nätverksstrukturer. Till exempel består elementärt syre av diatomiska syremolekyler (O 2 ), så i en fast syrekristall kommer de kovalent bundna syreatomerna i varje molekyl att vara närmare varandra än varandra, atomer av intilliggande molekyler.
Å andra sidan bildar fall som kol, vars mest stabila allotrop är grafit, skiktade strukturer där atomer inom ett skikt är kovalent bundna till varandra, medan de inte är bundna till atomer i intilliggande skikt.
Detta gör definitionen av radien som en funktion av avståndet mellan två intilliggande kärnor tvetydig. I dessa fall definieras storleken som halva avståndet mellan två identiska atomer kovalent bundna till varandra. Denna radie kallas den kovalenta radien, och den är den vanligaste för att fastställa storleken på icke-metallatomer .
Å andra sidan är den kovalenta radien ett begrepp som har en större tillämplighet än den metalliska radien, eftersom det tillåter oss att tilldela en radie till de atomer som ingår i en molekyl eller en kovalent förening. Dessutom, genom att känna till den kovalenta radien för en atom, kan vi uppskatta den kovalenta radien för en annan genom att mäta längden på en kovalent bindning som bildas mellan de två.
Vanligtvis är en atoms kovalenta radie något mindre än dess respektive metalliska radie.
jonisk radie
De två måtten på atomstorlek som nämns i de föregående avsnitten kan endast tillämpas på neutrala atomer eller på atomer som ingår i kovalenta molekyler. Men många grundämnen som har markant olika elektronegativiteter kombineras för att bilda joniska föreningar där de får eller förlorar elektroner och blir således anjoner respektive katjoner.
I dessa fall kan vi fastställa den relativa storleken på atomerna genom att jämföra storleken på deras joner, det vill säga deras jonradie.
När vi har två olika joner sammanlänkade och vi vet avståndet som skiljer dem åt, antar vi att detta avstånd blir summan av de två jonradierna. Men hur kan vi veta vilken del av detta avstånd som motsvarar en eller annan jon? Det är uppenbart att för att bestämma radien för någon av de två jonerna behöver vi värdet på radien för den andra. Det betyder att vi bara behöver bestämma radien för valfri katjon och valfri anjon.
Sedan kan vi använda katjonens radie för att bestämma radien för vilken annan anjon vi vill ha, medan vi kan använda radien för anjonen för att bestämma vilken annan katjons radie som helst.
Detta uppnåddes först från kristallografiska data för litiumjodid, en jonisk förening som består av en mycket liten katjon och en mycket stor anjon.
I denna förening bildas den kristallina strukturen av ett nätverk av jodidjoner (I – ) där varje anjon är i direkt kontakt med sex andra jodider, medan litiumjoner (Li + ) finns i de håligheter som bildas. jodider, som är i direkt kontakt med alla dessa. Sålunda kan jodidens jodradie bestämmas som halva avståndet mellan två intilliggande jodkärnor, medan avståndet mellan litium- och jodkärnorna gör det möjligt att bestämma litiums jodradie genom att subtrahera jodidens jod.
Periodisk trend av atomradie
Som nämndes i början är atomstorlek en periodisk egenskap hos materia. Det vill säga att det varierar på ett förutsägbart sätt över en period och över en grupp.
Under perioden minskar både atomradien och den kovalenta radien från vänster till höger. Samma sak händer med jonradien av joner som har samma elektriska laddning. Anledningen bakom detta beteende är den effektiva kärnladdningen, som ökar när atomnumret ökar.
Å andra sidan, när du förflyttar dig från en period till en annan inom en grupp (d.v.s. rör dig ned längs en grupp), ökar också den effektiva kärnladdningen, men de yttersta elektronerna (d.v.s. valenselektroner) finns i elektroner. skal av ökande energinivåer. Detta innebär att valensskalen är längre och längre bort från kärnan, så atomens radie ökar också.
Variation av jonradien med laddning
Förutom den periodiska variationen av atomära, kovalenta och joniska radier, är joniska radier också starkt beroende av elektrisk laddning. Varje ytterligare elektron som förs in i en atom för att omvandla den till en anjon och öka dess negativa laddning ökar den elektrostatiska repulsionen mellan elektronerna i valensskalet, vilket gör att elektronmolnet expanderar och ökar jonradien.
Det motsatta händer med katjoner. Varje elektron som tas bort från en atom för att omvandla den till en katjon och öka den positiva laddningen, minskar repulsionen mellan elektronerna, ökar den effektiva kärnladdningen och därför attraheras elektronerna starkare till kärnan. Effekten är en minskning av jonradien med ökande positiv laddning.
Exempel
Om vi jämför radierna för de olika joner som klor kan bilda blir ordningen på jonradierna:
Cl 7+ < Cl 5+ < Cl 3+ < Cl + < Cl < Cl –
Referenser
Bodner Research Web. (nd). Storlek på atomer . https://chemed.chem.purdue.edu/genchem/topicreview/bp/ch7/index.php
Fysik och kemi. (2019, 15 juni). Atom- och jonstorlekar . Fysik och kemi. https://lafisicayquimica.com/7-3-tamanos-de-atomos-e-iones/
Sokratisk. (2016, 3 januari). Hur mäts atomstorlek? Socratic.org. https://socratic.org/questions/how-is-atomic-size-measured
StudyLearn. (2014, 14 juni). AtomicSize . Youtube. https://www.youtube.com/watch?v=HBIUnpU_vJA
Tome, C. (2020, 4 februari). Varför har atomer den storlek de är? Anteckningsbok för vetenskaplig kultur. https://culturacientifica.com/2020/02/04/por-que-los-atomos-tienen-el-tamano-que-tienen/
