的原子半径为周期表的元素周期特性的重要参数。它与原子的大小直接相关,因为半径越大,它们的体积越大或体积越大。同样,这与其电子特性有关。
原子具有的电子越多,其原子大小和半径越大。两者都由价壳的电子定义,因为在超出其轨道的距离处,找到电子的概率接近零。相反的情况发生在原子核附近:发现电子的可能性增加。
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上面的图像表示棉花球的包装。请注意,每个人都被六个邻居包围,不计算另一可能的上一行或下一行。棉球的压实方式将决定其尺寸,进而决定其半径。就像原子一样
元素根据其化学性质以一种或另一种方式与自己的原子相互作用。因此,原子半径的大小根据存在的键的类型及其原子的固体堆积而变化。
原子半径如何测量?
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在主图像中,可以很容易地测量棉球的直径,然后将其除以二。但是,原子的范围尚未完全定义。为什么?因为电子在特定的空间区域(轨道)中循环并扩散。
因此,该原子可以被认为是具有无法修饰的边缘的球体,无法确切地说它们结束了多远。例如,在上图中,靠近原子核的中心区域显示更强烈的颜色,而其边缘模糊。
该图像表示双原子E 2分子(例如Cl 2,H 2,O 2等)。假设原子是球形体,如果确定了分隔共价键中两个原子核的距离d,则将其分成两半(d / 2)就足以获得原子半径;更确切地说,E对E 2的共价半径。
如果E不与自身形成共价键,而是金属元素,该怎么办?则d将由在其金属结构中包围E的邻居数表示;也就是说,通过包装内原子的配位数(NC)(请记住主图像中的棉球)。
核间距离的确定
要确定d(分子或包装中两个原子的核间距),需要进行物理分析。
X射线衍射是应用最广泛的方法之一,在其中通过晶体照射一束光束,并研究了电子与电磁辐射之间相互作用产生的衍射图。根据填料的不同,可以获得不同的衍射图,因此d的其他值也不同。
如果原子在晶格中是``紧密的'',则与呈现``舒适''的原子相比,它们将呈现不同的d值。而且,这些核间距离可能会波动,因此原子半径实际上是这些测量值的平均值。
原子半径和配位数如何相关?V. Goldschmidt建立了两者之间的关系,其中NC值为12时,相对值为1; NC为12时,相对值为1。对于原子的NC等于8的堆积,其值为0.97;0.96,NC等于6;而NC为4则为0.88。
单位
从NC等于12的值开始,已经构造了许多表,其中比较了元素周期表中所有元素的原子半径。
由于并非所有元素都形成这种紧凑的结构(NC小于12),因此可以使用V. Goldschmidt关系式来计算其原子半径,并用相同的堆积表示它们。以这种方式,原子半径测量被标准化。
但是它们以什么单位表示?由于d的幅值很小,因此必须求助于埃(10∙10 -10 m)的单位,或者也要广泛使用皮秒计(10∙10 -12 m)的单位。
它在元素周期表中如何变化?
经过一段时间
对于金属元素确定的原子半径称为金属半径,而对于非金属元素而言,共价半径(例如磷,P 4或硫,S 8)称为原子半径。但是,两种类型的辐条之间的区别比名称更突出。
在同一时期从左到右,原子核添加了质子和电子,但后者被限制在相同的能级(主量子数)。结果,原子核对价电子施加增加的有效核电荷,从而使原子半径缩小。
这样,同一时期的非金属元素倾向于具有比金属(金属半径)小的原子(共价)半径。
下降到一组
当您进入一组时,将启用新的能级,这将使电子具有更大的空间。因此,电子云覆盖更大的距离,其模糊的外围最终远离原子核移动,因此原子半径扩大。
镧系元素收缩
内壳中的电子有助于屏蔽价电子上的有效核电荷。当组成内壳的轨道上有许多“孔”(节点)时(如f轨道那样),由于其屏蔽效果差,原子核会强烈收缩原子半径。
这一事实在元素周期表第6期的镧系元素收缩中得到了证明。从La到Hf,由于f轨道,原子半径发生了相当大的收缩,当遍历f块时,其“填满”了:镧系元素和act系元素。
对于周期4的pa块元素,也可以观察到类似的效果。这次是由于d轨道穿过过渡金属周期时所产生的弱屏蔽作用所致。
例子
对于元素周期表的周期2,其元素的原子半径为:
-李:257 pm
-是:112 pm
-B:下午88点
-C:77 pm
-N:74 pm
-O:下午66
-F:下午64点
请注意,锂金属的原子半径最大(257 pm),而位于该周期最右端的氟是所有原子中最小的(64 pm)。原子半径在同一时期从左到右递减,列出的值证明了这一点。
锂在形成金属键时,其半径是金属。氟由于形成共价键(FF),所以半径是共价的。
如果要以埃为单位表示原子半径怎么办?只需将它们除以100:(257/100)=2.57Å。其余的值依此类推。
参考文献
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