ATOMRADIUS: WIE ES GEMESSEN WIRD, WIE ES SICH ÄNDERT UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Der Atomradius ist ein wichtiger Parameter für die periodischen Eigenschaften der Elemente des Periodensystems. Es hängt direkt mit der Größe der Atome zusammen, denn je größer der Radius, desto größer oder voluminöser sind sie. Ebenso hängt es mit ihren elektronischen Eigenschaften zusammen.

Je mehr Elektronen ein Atom hat, desto größer ist seine Atomgröße und sein Radius. Beide werden durch die Elektronen der Valenzschale definiert, da bei Entfernungen jenseits ihrer Umlaufbahnen die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, gegen Null geht. In der Nähe des Kerns tritt das Gegenteil auf: Die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, steigt.

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Das obere Bild zeigt eine Packung Wattebäusche. Beachten Sie, dass jeder von sechs Nachbarn umgeben ist, ohne eine weitere mögliche obere oder untere Reihe zu zählen. Wie die Wattebäusche verdichtet werden, bestimmt ihre Größe und damit ihre Radien. genau wie bei Atomen.

Die Elemente interagieren entsprechend ihrer chemischen Natur auf die eine oder andere Weise mit ihren eigenen Atomen. Folglich variiert die Größe des Atomradius in Abhängigkeit von der Art der vorhandenen Bindung und der festen Packung seiner Atome.

Wie wird der Atomradius gemessen?

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Im Hauptbild kann es einfach sein, den Durchmesser der Wattebäusche zu messen und dann durch zwei zu teilen. Die Kugel eines Atoms ist jedoch nicht vollständig definiert. Warum? Weil Elektronen in bestimmten Regionen des Weltraums zirkulieren und diffundieren: den Orbitalen.

Daher kann das Atom als eine Kugel mit unfühlbaren Kanten betrachtet werden, von der man nicht genau sagen kann, wie weit sie enden. Im obigen Bild zeigt beispielsweise der Bereich des Zentrums in der Nähe des Kerns eine intensivere Farbe, während seine Ränder unscharf sind.

Das Bild zeigt ein zweiatomiges E ₂ -Molekül (wie Cl ₂ , H ₂ , O ₂ usw.). Unter der Annahme, dass die Atome kugelförmige Körper sind, würde es ausreichen, den Abstand d, der beide Kerne in der kovalenten Bindung trennt, in zwei Hälften (d / 2) zu teilen, um den Atomradius zu erhalten. genauer gesagt, der kovalente Radius von E für E ₂ .

Was wäre, wenn E keine kovalenten Bindungen mit sich selbst eingehen würde, sondern ein metallisches Element wäre? Dann würde d durch die Anzahl der Nachbarn angezeigt, die E in seiner metallischen Struktur umgeben; das heißt, durch die Koordinationsnummer (NC) des Atoms in der Verpackung (denken Sie an die Wattebäusche im Hauptbild).

Bestimmung des Kernabstands

Um d zu bestimmen, das der Kernabstand für zwei Atome in einem Molekül oder einer Verpackung ist, sind physikalische Analysetechniken erforderlich.

Eine der am weitesten verbreiteten ist die Röntgenbeugung. Dabei wird ein Lichtstrahl durch einen Kristall bestrahlt und das Beugungsmuster, das sich aus den Wechselwirkungen zwischen Elektronen und elektromagnetischer Strahlung ergibt, untersucht. Abhängig von der Packung können unterschiedliche Beugungsmuster und damit andere Werte von d erhalten werden.

Wenn die Atome im Kristallgitter „dicht“ sind, weisen sie andere Werte von d auf als wenn sie „bequem“ wären. Auch diese Kernabstände könnten in ihren Werten schwanken, so dass der Atomradius tatsächlich ein Durchschnittswert solcher Messungen ist.

Wie hängen der Atomradius und die Koordinationszahl zusammen? V. Goldschmidt stellte eine Beziehung zwischen den beiden her, in der für eine NC von 12 der relative Wert 1 ist; 0,97 für eine Packung, bei der das Atom eine NC von 8 hat; 0,96 für eine NC gleich 6; und 0,88 für eine NC von 4.

Einheiten

Ausgehend von den NC-Werten von 12 wurden viele Tabellen erstellt, in denen die Atomradien aller Elemente des Periodensystems verglichen werden.

Da nicht alle Elemente solche kompakten Strukturen bilden (NC kleiner als 12), wird die V. Goldschmidt-Beziehung verwendet, um ihre Atomradien zu berechnen und sie für dieselbe Packung auszudrücken. Auf diese Weise werden die Atomradiusmessungen standardisiert.

Aber in welchen Einheiten werden sie ausgedrückt? Da d von sehr kleiner Größe ist, muss man auf die Einheiten des Angstroms Å (10 ∙ 10 ^-10 m) oder auch auf das weit verbreitete Pikometer (10 ∙ 10 ^-12 m) zurückgreifen .

Wie verändert es sich im Periodensystem?

Über einen Zeitraum

Für metallische Elemente bestimmte Atomradien werden als metallische Radien bezeichnet, während für nichtmetallische Elemente kovalente Radien (wie Phosphor, P ₄ oder Schwefel, S ₈ ) bezeichnet werden. Zwischen den beiden Arten von Speichen gibt es jedoch eine deutlichere Unterscheidung als die des Namens.

Im gleichen Zeitraum fügt der Kern von links nach rechts Protonen und Elektronen hinzu, wobei letztere auf dasselbe Energieniveau (Hauptquantenzahl) beschränkt sind. Infolgedessen übt der Kern eine zunehmende effektive Kernladung auf die Valenzelektronen aus, wodurch sich der Atomradius zusammenzieht.

Auf diese Weise neigen nichtmetallische Elemente im gleichen Zeitraum dazu, kleinere atomare (kovalente) Radien als Metalle (metallische Radien) zu haben.

Abstieg durch eine Gruppe

Beim Abstieg durch eine Gruppe werden neue Energieniveaus aktiviert, die es den Elektronen ermöglichen, mehr Platz zu haben. Somit legt die Elektronenwolke größere Entfernungen zurück, ihre unscharfe Peripherie bewegt sich weiter vom Kern weg und daher erweitert sich der Atomradius.

Lanthanidenkontraktion

Die Elektronen in der inneren Hülle helfen dabei, die effektive Kernladung der Valenzelektronen abzuschirmen. Wenn die Orbitale, aus denen die inneren Schalen bestehen, viele "Löcher" (Knoten) haben, wie dies bei den f-Orbitalen der Fall ist, zieht der Kern den Atomradius aufgrund ihrer schlechten Abschirmwirkung stark zusammen.

Diese Tatsache zeigt sich in der Lanthanoidkontraktion in Periode 6 des Periodensystems. Von La nach Hf kommt es zu einer erheblichen Kontraktion des Atomradius infolge der f-Orbitale, die sich beim Durchqueren des f-Blocks „füllen“: der der Lanthanoide und Actinoide.

Ein ähnlicher Effekt kann auch bei den Elementen des pa-Blocks aus Periode 4 beobachtet werden. Diesmal aufgrund des schwachen Abschirmeffekts der d-Orbitale, die sich beim Durchlaufen der Übergangsmetallperioden füllen.

Beispiele

Für Periode 2 des Periodensystems sind die Atomradien seiner Elemente:

-Li: 257 Uhr

-Be: 112 Uhr

-B: 88 Uhr

-C: 77 Uhr

-N: 74 Uhr

-O: 66 Uhr

-F: 64 Uhr

Beachten Sie, dass Lithiummetall den größten Atomradius (257 pm) hat, während Fluor, das sich ganz rechts in der Periode befindet, der kleinste von allen ist (64 pm). Der Atomradius nimmt im gleichen Zeitraum von links nach rechts ab, und die aufgeführten Werte belegen dies.

Wenn Lithium metallische Bindungen bildet, ist sein Radius metallisch; und Fluor, da es kovalente Bindungen (FF) bildet, ist sein Radius kovalent.

Was ist, wenn Sie die Atomradien in Angström-Einheiten ausdrücken möchten? Teilen Sie sie einfach durch 100: (257/100) = 2,57 Å. Und so weiter mit den restlichen Werten.

Verweise

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