Atomski volumen, kako se spreminja v periodnem sistemu in primerih

The atomska prostornina je relativna vrednost, ki kaže razmerje med molsko maso elementa in njegovo gostoto. Torej je ta prostornina odvisna od gostote elementa, gostota pa je odvisna od faze in od tega, kako so atomi razporejeni znotraj tega elementa..

Tako atomska prostornina elementa Z ni enaka v drugi fazi, ki se razlikuje od tiste, ki kaže na sobni temperaturi (tekočina, trdna snov ali plin), ali kadar je del nekaterih spojin. Tako je atomski volumen Z v spojini ZA različen od volumna Z v spojini ZB.

Zakaj? Da bi ga razumeli, je treba primerjati atome z, na primer, frnikolami. Tudi frnikole, kot modrikaste barve vrhunske podobe, so zelo dobro definirale svojo materialno mejo, ki jo opazimo zaradi svoje briljantne površine. Nasprotno pa je meja atomov difuzna, čeprav se lahko štejejo za daljinsko sferične.

Torej, tisto, kar določa točko, ki presega atomsko mejo, je nična verjetnost, da najdemo elektron, in ta točka je lahko dlje ali bližje jedru, odvisno od tega, koliko sosednjih atomov medsebojno vpliva okoli obravnavanega atoma..

Indeks

• 1 Atomska prostornina in polmer
• 2 Dodatna formula
• 3 Kako se atomski volumen spreminja v periodnem sistemu?
  • 3.1 Atomske količine prehodnih kovin
• 4 Primeri
  • 4.1 Primer 1
  • 4.2 Primer 2
• 5 Reference

Atomska prostornina in polmer

Z medsebojnim delovanjem dveh atomov H v molekuli H₂, določeni so položaji njihovih jeder in razdalje med njimi (medjedrne razdalje). Če sta oba atoma sferična, je polmer razdalja med jedrom in razpršeno mejo:

Na zgornji sliki je razvidno, kako se verjetnost iskanja elektrona zmanjšuje, ko se odmika od jedra. Delimo med sebojno razdaljo med dvema in dobimo atomski polmer. Nadalje, ob predpostavki sferične geometrije za atome, uporabimo formulo za izračun prostornine krogle:

V = (4/3) (Pi) r³

V tem izrazu r je atomski polmer, določen za molekulo H₂. Vrednost V, izračunana s to nenatančno metodo, se lahko spremeni, če se na primer upošteva H₂ v tekočem ali kovinskem stanju. Vendar pa je ta metoda zelo netočna, ker so oblike atomov v svojih interakcijah daleč od idealne sfere.

Za določitev atomskih volumnov v trdnih snoveh se upoštevajo številne spremenljivke v zvezi z razporeditvijo, ki jih dobimo z rentgenskimi difrakcijskimi študijami..

Dodatna formula

Molska masa izraža količino snovi, ki ima en mol atomov kemičnega elementa.

Njegove enote so g / mol. Po drugi strani pa je gostota volumen, ki zavzema en gram elementa: g / ml. Ker so enote atomske prostornine ml / mol, se morate igrati s spremenljivkami, da dosežete želene enote:

(g / mol) (ml / g) = ml / mol

Ali kaj je isto:

(Molarna masa) (1 / D) = V

(Molarna masa / D) = V

Tako lahko volumen enega mol atomov elementa enostavno izračunamo; medtem ko se pri formuli sferičnega volumna izračuna volumen posameznega atoma. Da bi to vrednost dosegli od prvega, je potrebna pretvorba preko Avogadrove številke (6.02 · 10).^-23).

Kako se atomski volumen spreminja v periodnem sistemu?

Če se atomi štejejo za sferične, bo njihova variacija enaka kot pri atomskih polmerih. Na zgornji sliki, ki prikazuje reprezentativne elemente, je prikazano, da se od desne proti levi atomi zatisnejo; namesto tega postanejo od zgoraj navzdol bolj obsežni.

To je zato, ker jedro v istem obdobju vključuje protone, ko se premika v desno. Ti protoni izvajajo privlačno silo na zunanje elektrone, ki občutijo učinkovit jedrski naboj Z_ef, manj od dejanskega jedrskega naboja Z.

Elektroni notranjih plasti odbijajo zunanje plasti, zmanjšujejo učinek jedra na njih; To je znano kot učinek zaslona. V istem obdobju učinek zaslona ne uspe preprečiti povečanja števila protonov, zato elektroni v notranjem sloju ne preprečujejo krčenja atomov..

S spuščanjem v skupino pa so omogočeni novi energetski nivoji, ki omogočajo, da elektroni krožijo dlje od jedra. Prav tako se poveča število elektronov v notranjem sloju, katerih zaščitni učinki se začnejo zmanjševati, če jedro znova doda protone..

Iz teh razlogov je razvidno, da ima skupina 1A najbolj voluminozne atome, za razliko od majhnih atomov iz skupine 8A (ali 18), da so plemeniti plini.

Atomske količine prehodnih kovin

Atomi prehodnih kovin vsebujejo elektrone v notranjih orbitalih d. To povečanje učinka zaslona in, kot tudi realnega jedrskega naboja Z, se skoraj enakomerno odpove, tako da njihovi atomi ohranijo podobno velikost v istem obdobju..

Z drugimi besedami: v enem obdobju imajo prehodne kovine podobne atomske prostornine. Vendar pa so te majhne razlike izjemno pomembne pri določanju kovinskih kristalov (kot da so kovinski frnikole)..

Primeri

Na voljo sta dve matematični formuli za izračun atomske prostornine elementa, vsak z ustreznimi primeri.

Primer 1

Glede na atomski polmer vodika -37 pm (1 picometer = 10^-12m) - in cezij -265 pm-, izračunajte njegove atomske prostornine.

S formulo sferičnega volumna imamo:

V_H= (4/3) (3.14) (37 ur)³= 212,07 pm³

V_Cs= (4/3) (3.14) (265 ur)³= 77912297,67 pm³

Vendar so ti volumni, izraženi v pirometrih, pretirani, zato se pretvorijo v enote angstromov, ki jih pomnožimo s faktorjem pretvorbe (1/100 pm).³:

(212.07 pm³) (1Å / 100pm)³= 2.1207 × 10^-4 ų

(77912297,67 pm³) (1Å / 100pm)³= 77,912 A³

Razlike v velikosti med majhnim atomom H in obsežnim atomom Cs tako ostajajo številčno očitne. Upoštevati je treba, da so ti izračuni le približki v trditvi, da je atom povsem sferičen, kar tava v obraz realnosti..

Primer 2

Gostota čistega zlata je 19,32 g / ml, njena molska masa pa 196,97 g / mol. Uporaba formule M / D za izračun prostornine enega mol atomov zlata je naslednja:

V_Au= 196,97 g / mol) / (19,32 g / ml) = 10,19 ml / mol

To pomeni, da 1 mol zlatih atomov zavzema 10,19 ml, toda kakšen volumen specifično zaseda atom zlata? In kako to izraziti v enotah pm³? Za to preprosto uporabite naslednje pretvorbene faktorje:

(10.19 mL / mol) · (mol / 6.02 · 10)^-23 atomi) · (1 m / 100 cm)³· (13:00 / 10^-12m)³= 16,92-10⁶ pm³

Po drugi strani pa je atomski radij zlata 166 pm. Če primerjate oba volumna - tistega, ki ste ga dobili s prejšnjo metodo, in tistega, izračunanega s formulo sferičnega volumna - ugotovite, da nimajo enake vrednosti:

V_Au= (4/3) (3.14) (166 pm)³= 19,15 · 10⁶ pm³

Katera od obeh je najbližja sprejeti vrednosti? Tisti, ki je najbližje eksperimentalnim rezultatom, dobljenim z rentgensko difrakcijo kristalne strukture zlata.

Reference

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9. december 2017). Definicija atomske glasnosti. Pridobljeno 6. junija 2018, iz: thoughtco.com
2. Mayfair, Andrew. (13. marec 2018). Kako izračunati količino Atoma. Sciencing. Pridobljeno 6. junija 2018, iz: sciencing.com
3. Wiki Kids doo (2018). Atomske volumske krivulje Lotharja Meyerja. Pridobljeno 6. junija 2018 od: wonderwhizkids.com
4. Lumen Periodični trendi: atomski polmer. Pridobljeno 6. junija 2018, iz: courses.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Obseg in atomska gostota. Pridobljeno 6. junija 2018 od: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija (8. izd.). CENGAGE Learning, str. 222-224.
7. Fundacija CK-12. (22. februar 2010). Primerjalne atomske velikosti. [Slika] Pridobljeno 6. junija 2018 od: commons.wikimedia.org
8. Fundacija CK-12. (22. februar 2010). Atomski polmer H₂. [Slika] Pridobljeno 6. junija 2018 od: commons.wikimedia.org