Wie kann man den effektiven Radius eines Atoms bestimmen? Atomradius: Was ist das und wie kann man ihn bestimmen?

Ein wichtiges Merkmal eines Atoms ist seine Größe, also der Atomradius. Die Größe eines einzelnen Atoms lässt sich nicht bestimmen, da seine äußere Grenze aufgrund der wahrscheinlichen Anwesenheit von Elektronen an verschiedenen Punkten im perinuklearen Raum verschwommen ist. Aus diesem Grund werden je nach Art der Bindung zwischen Atomen metallische, kovalente, Van-der-Waals-, ionische und andere Atomradien unterschieden.

„Metall“-Radien (r me) gefunden durch Halbierung der kürzesten interatomaren Abstände in den Kristallstrukturen einfacher Substanzen mit einer Koordinationszahl von 12. Für andere Werte der co.n. die notwendige Korrektur wird berücksichtigt.

Werte kovalente Radien (r cov) berechnet als halbe homoatomare Bindungslänge. Wenn es nicht möglich ist, die Länge einer einzelnen homoatomaren Bindung zu bestimmen, wird der r cov-Wert des Atoms von Element A durch Subtrahieren des kovalenten Radius des Atoms von Element B von der Länge der heteroatomaren Bindung A-B ermittelt. Kovalentenradien hängen hauptsächlich von der Größe der inneren Elektronenhülle ab.

Radien valenzfreier Atome - Van-der-Waals-Radien (r w) Bestimmen Sie die effektive Größe von Atomen aufgrund der Abstoßungskräfte gefüllter Energieniveaus.

Elektronenenergiewerte, bestimmt durch die Slater-Regeln. erlaubte uns, den relativen Wert – die scheinbare Größe des Atoms – r cmp (empirischer Radius) abzuschätzen.

Die Bindungslänge wird in Angström angegeben (1 Å = 0,1 nm = 100 pm).

Element r ich rcov r w r cmp
H 0.46 0.37 1.20 0.25
Er 1.22 0.32 1.40 -
Li 1.55 1.34 1.82 1.45
Sei 1.13 0.90 - 1.05
B 0.91 0.82 - 0.85
C 0.77 0.77 1.70 0.70
N 0.71 0.75 1.55 0.65
Ö - 0.73 1.52 0.60
F - 0.71 1.47 0.50
Ne 1.60 0.69 1.54 -
N / A 1.89 1.54 2.27 1.80
Mg 1.60 1.30 1.73 1.50
Al 1.43 1.18 - 1.25
Si 1.34 1.11 2.10 1.10
P 1.30 1.06 1.80 1.00
S - 1.02 1.80 1.00
Cl - 0.9 1.75 1.00
Ar 1.92 0.97 1.88 -
K 2.36 1.96 2.75 2.20
Ca 1.97 1.74 - 1.80
Sc 1.64 1.44 - 1.60
Ti 1.46 1.36 - 1.40
V 1.34 1.25 - 1.35
Cr 1.27 1.27 - 1.40
Mn 1.30 1.39 - 1.40
Fe 1.26 1.25 - 1.40
Co 1.25 1.26 - 1.35
Ni 1.24 1.21 1.63 1.35
Cu 1.28 1.38 1.40 1.35
Zn 1.39 1.31 1.39 1.35
Ga 1.39 1.26 1.87 1.30
Ge 1.39 1.22 - 1.25
Als 1.48 1.19 1.85 1.15
Se 1.60 1.16 1.90 1.15
Br - 1.14 1.85 1.15
Kr 1.98 1.10 2.02 -
Rb 2.48 2.11 - 2.35
Sr 2.15 1.92 - 2.00
Y 1.81 1.62 - 1.80
Zr 1.60 1.48 - 1.55
Nb 1.45 1.37 - 1.45
Mo 1.39 1.45 - 1.45
Tc 1.36 1.56 - 1.35
Ru 1.34 1.26 - 1.30
Rh 1.34 1.35 - 1.35
Pd 1.37 1.31 1.63 1.40
Ag 1.44 1.53 1.72 1.60
CD 1.56 1.48 1.58 1.55
In 1.66 1.44 1.93 1.55
Sn 1.58 1.41 2.17 1.45
Te 1.70 1.35 2.06 1.40
ICH - 1.33 1.98 1.40
Xe 2.18 1.30 2.16 -
Cs 2.68 2.25 - 2.60
Ba 2.21 1.98 - 2.15
La 1.87 1.69 - 1.95
Ce 1.83 - - 1.85
Pr 1.82 - - 1.85
Nd 1.82 - - 1.85
Uhr - - - 1.85
Sm 1.81 - - 1.85
EU 2.02 - - 1.80
Gott 1.79 - - 1.80
Tb 1.77 - - 1.75
Dy 1.77 - - 1.75
Ho 1.76 - - 1.75
Ähm 1.75 - - 1.75
Tm 1.74 - - 1.75
Yb 1.93 - - 1.75
Lu 1.74 1.60 - 1.75
Hf 1.59 1.50 - 1.55
Ta 1.46 1.38 - 1.45
W 1.40 1.46 - 1.35
Re 1.37 1.59 - 1.35
Os 1.35 1.28 - 1.30
Ir 1.35 1.37 - 1.35
Pt 1.38 1.28 1.75 1.35
Au 1.44 1.44 1.66 1.35
Hg 1.60 1.49 1.55 1.50
Tl 1.71 1.48 1.96 1.90
Pb 1.75 1.47 2.02 1.80
Bi 1.82 1.46 - 1.60
Po - - - 1.90
Bei - - - -
Rn - 1.45 - -
Fr 2.80 - - -
Ra 2.35 - - 2.15
Ac 2.03 - - 1.95
Th 180 - - 1.80
Pa 1.62 - - 1.80
U 1.53 - 1.86 1.75
Np 1.50 - - 1.75
Pu 1.62 - - 1.75
Bin - - - 1.75

Der allgemeine Trend der Änderungen der Atomradien ist wie folgt. In Gruppen nehmen die Atomradien zu, da mit zunehmender Anzahl der Energieniveaus die Größe der Atomorbitale mit einer großen Hauptquantenzahl zunimmt. Bei d-Elementen, in deren Atomen die Orbitale des vorherigen Energieniveaus gefüllt sind, ist diese Tendenz beim Übergang von Elementen der fünften Periode zu Elementen der sechsten Periode nicht ausgeprägt.

In kurzen Zeiträumen nehmen die Radien der Atome im Allgemeinen ab, da die Zunahme der Ladung des Kerns beim Übergang zu jedem nachfolgenden Element die Anziehung externer Elektronen mit zunehmender Kraft bewirkt; die Anzahl der gleichzeitigen Energieniveaus bleibt konstant.

Die Änderung des Atomradius in Perioden für d-Elemente ist komplexer.

Der Wert des Atomradius hängt ziemlich eng mit einer so wichtigen Eigenschaft des Atoms wie der Ionisierungsenergie zusammen. Ein Atom kann ein oder mehrere Elektronen verlieren und zu einem positiv geladenen Ion – einem Kation – werden. Diese Fähigkeit wird durch die Ionisierungsenergie quantifiziert.

Liste der verwendeten Literatur

  1. Popkov V. A., Puzakov S. A. Allgemeine Chemie: Lehrbuch. - M.: GEOTAR-Media, 2010. - 976 Seiten: ISBN 978-5-9704-1570-2. [Mit. 27-28]
  2. Volkov, A.I., Zharsky, I.M. Großes chemisches Nachschlagewerk / K.I. Volkov, I.M. Zharsky. - Mn.: Modern School, 2005. - 608 mit ISBN 985-6751-04-7.

Unter dem effektiven Radius eines Atoms oder Ions versteht man den Radius seines Wirkungsbereichs, und das Atom (Ion) gilt als inkompressible Kugel. Im Planetenmodell eines Atoms wird es als Kern dargestellt, um den Elektronen kreisen. Die Reihenfolge der Elemente im Periodensystem von Mendelejew entspricht der Reihenfolge der Füllungen von Elektronenschalen. Der effektive Radius des Ions hängt von der Füllung der Elektronenhüllen ab, ist jedoch nicht gleich dem Radius der äußeren Umlaufbahn. Um den effektiven Radius zu bestimmen, werden Atome (Ionen) in der Kristallstruktur als sich berührende starre Kugeln dargestellt, sodass der Abstand zwischen ihren Zentren gleich der Summe der Radien ist. Atom- und Ionenradien werden experimentell aus Röntgenmessungen interatomarer Abstände bestimmt und auf Basis quantenmechanischer Konzepte theoretisch berechnet.

Die Größen der Ionenradien gehorchen den folgenden Gesetzen:

1. Innerhalb einer vertikalen Zeile des Periodensystems nehmen die Radien von Ionen gleicher Ladung mit zunehmender Ordnungszahl zu, da die Anzahl der Elektronenhüllen und damit die Größe des Atoms zunimmt.

2. Für dasselbe Element nimmt der Ionenradius mit zunehmender negativer Ladung zu und mit zunehmender positiver Ladung ab. Der Radius des Anions ist größer als der Radius des Kations, da das Anion einen Elektronenüberschuss und das Kation einen Elektronenmangel aufweist. Beispielsweise beträgt der effektive Radius für Fe, Fe 2+, Fe 3+ 0,126, 0,080 bzw. 0,067 nm, für Si 4-, Si, Si 4+ beträgt der effektive Radius 0,198, 0,118 und 0,040 nm.

3. Die Größen von Atomen und Ionen folgen der Periodizität des Mendelejew-Systems; Ausnahmen bilden Elemente von Nr. 57 (Lanthan) bis Nr. 71 (Lutetium), bei denen die Radien der Atome nicht zunehmen, sondern gleichmäßig abnehmen (die sogenannte Lanthanidenkontraktion), und Elemente ab Nr. 89 (Aktinium). (die sogenannte Aktinidenkontraktion).

Der Atomradius eines chemischen Elements hängt von der Koordinationszahl ab. Eine Erhöhung der Koordinationszahl geht immer mit einer Vergrößerung der interatomaren Abstände einher. In diesem Fall hängt der relative Unterschied in den Werten der Atomradien, die zwei unterschiedlichen Koordinationszahlen entsprechen, nicht von der Art der chemischen Bindung ab (vorausgesetzt, die Art der Bindung in den Strukturen mit den verglichenen Koordinationszahlen ist gleich). Eine Änderung der Atomradien mit einer Änderung der Koordinationszahl beeinflusst erheblich die Größe der volumetrischen Änderungen während polymorpher Transformationen. Beispielsweise sollte beim Abkühlen von Eisen seine Umwandlung von einer Modifikation mit einem kubisch-flächenzentrierten Gitter in eine Modifikation mit einem kubisch-raumzentrierten Gitter, die bei 906 °C stattfindet, mit einer Volumenzunahme um 9 % einhergehen. in Wirklichkeit beträgt die Volumenzunahme 0,8 %. Dies liegt daran, dass durch eine Änderung der Koordinationszahl von 12 auf 8 der Atomradius von Eisen um 3 % abnimmt. Das heißt, Änderungen der Atomradien während polymorpher Transformationen kompensieren weitgehend die volumetrischen Änderungen, die hätten auftreten müssen, wenn sich der Atomradius nicht geändert hätte. Atomradien von Elementen können nur verglichen werden, wenn sie die gleiche Koordinationszahl haben.

Atomradien (Ionenradien) hängen auch von der Art der chemischen Bindung ab.

In metallgebundenen Kristallen ist der Atomradius als die Hälfte des Atomabstands zwischen benachbarten Atomen definiert. Bei festen Lösungen verändern sich metallische Atomradien auf komplexe Weise.

Unter den Kovalenzradien von Elementen mit einer kovalenten Bindung versteht man die Hälfte des interatomaren Abstands zwischen den nächsten Atomen, die durch eine einzelne kovalente Bindung verbunden sind. Ein Merkmal kovalenter Radien ist ihre Konstanz in verschiedenen kovalenten Strukturen mit gleichen Koordinationszahlen. Somit sind die Abstände in einzelnen C-C-Bindungen in Diamant und gesättigten Kohlenwasserstoffen gleich und betragen 0,154 nm.

Ionenradien in Stoffen mit Ionenbindungen können nicht als halbe Summe der Abstände zwischen benachbarten Ionen bestimmt werden. In der Regel unterscheiden sich die Größen von Kationen und Anionen stark. Darüber hinaus weicht die Symmetrie der Ionen von der Kugelsymmetrie ab. Es gibt verschiedene Ansätze zur Schätzung der Ionenradien. Basierend auf diesen Ansätzen werden die Ionenradien von Elementen geschätzt und anschließend die Ionenradien anderer Elemente aus experimentell ermittelten interatomaren Abständen bestimmt.

Van-der-Waals-Radien bestimmen die effektive Größe von Edelgasatomen. Darüber hinaus gelten Van-der-Waals-Atomradien als die Hälfte des Kernabstands zwischen den nächsten identischen Atomen, die nicht durch eine chemische Bindung miteinander verbunden sind, d. h. Zugehörigkeit zu verschiedenen Molekülen (z. B. in Molekülkristallen).

Bei der Verwendung atomarer (ionischer) Radien in Berechnungen und Konstruktionen sollten deren Werte aus Tabellen entnommen werden, die nach einem System erstellt wurden.

Atomionen; haben die Bedeutung der Radien der Kugeln, die diese Atome oder Ionen in Molekülen oder Kristallen darstellen. Atomradien ermöglichen eine näherungsweise Abschätzung der internuklearen (interatomaren) Abstände in Molekülen und Kristallen.

Die Elektronendichte eines isolierten Atoms nimmt mit zunehmendem Abstand zum Kern schnell ab. Daher könnte der Radius eines Atoms als der Radius der Kugel definiert werden, in der der Großteil (z. B. 99 %) der Elektronendichte konzentriert ist. Um die Abstände zwischen den Kernen abzuschätzen, erwies es sich jedoch als bequemer, die Atomradien unterschiedlich zu interpretieren. Dies führte zur Entstehung unterschiedlicher Definitionen und Systeme von Atomradien.

Der kovalente Radius eines X-Atoms ist definiert als die halbe Länge einer einfachen chemischen Bindung X-X. So werden für Halogene kovalente Radien aus dem Gleichgewichtskernabstand im X 2-Molekül, für Schwefel und Selen – in S 8- und Se 8-Molekülen, für Kohlenstoff – in einem Diamantkristall berechnet. Eine Ausnahme bildet das Wasserstoffatom, für das der kovalente Atomradius mit 30 pm angenommen wird, während der halbe Kernabstand im H 2 -Molekül 37 pm beträgt. Bei Verbindungen mit kovalenter Bindung ist in der Regel das Additivitätsprinzip erfüllt (die Länge der X-Y-Bindung entspricht ungefähr der Summe der Atomradien der X- und Y-Atome), was eine Vorhersage der Bindungslängen ermöglicht in mehratomigen Molekülen.

Ionenradien sind als Werte definiert, deren Summe für ein Ionenpaar (zum Beispiel X + und Y –) gleich dem kürzesten Kernabstand in den entsprechenden Ionenkristallen ist. Es gibt verschiedene Systeme von Ionenradien; Systeme unterscheiden sich in den Zahlenwerten für einzelne Ionen, je nachdem, welcher Radius und welches Ion bei der Berechnung der Radien anderer Ionen zugrunde gelegt wird. Laut Pauling ist dies beispielsweise der Radius des O 2-Ions, der 140 pm beträgt; nach Shannon - der Radius desselben Ions, angenommen gleich 121 Uhr. Trotz dieser Unterschiede führen unterschiedliche Systeme zur Berechnung der Kernabstände in Ionenkristallen zu annähernd gleichen Ergebnissen.

Metallradien sind definiert als die Hälfte des kürzesten Abstands zwischen Atomen im Kristallgitter eines Metalls. Bei Metallkonstruktionen, die sich in der Art der Packung unterscheiden, sind diese Radien unterschiedlich. Die Nähe der Atomradien verschiedener Metalle weist häufig auf die Möglichkeit der Bildung fester Lösungen durch diese Metalle hin. Die Additivität der Radien ermöglicht die Vorhersage der Parameter von Kristallgittern intermetallischer Verbindungen.

Van-der-Waals-Radien sind als Größen definiert, deren Summe gleich dem Abstand ist, um den sich zwei chemisch nicht verwandte Atome verschiedener Moleküle oder verschiedener Atomgruppen desselben Moleküls einander nähern können. Im Durchschnitt sind Van-der-Waals-Radien etwa 80 μm größer als kovalente Radien. Van-der-Waals-Radien werden verwendet, um die Stabilität molekularer Konformationen und die strukturelle Ordnung von Molekülen in Kristallen zu interpretieren und vorherzusagen.

Lit.: Housecroft K., Constable E. Moderner Kurs in allgemeiner Chemie. M., 2002. T. 1.

EFFEKTIVER ATOMRADIUS - siehe Der Radius ist atomar.

Geologisches Wörterbuch: in 2 Bänden. - M.: Nedra. Herausgegeben von K. N. Paffengoltz et al.. 1978 .

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Partikelgrößen bestimmen oft die Art der Kristallstruktur und sind wichtig für das Verständnis des Ablaufs vieler chemischer Reaktionen. Die Größe von Atomen, Ionen und Molekülen wird durch Valenzelektronen bestimmt. Die Grundlage für das Verständnis dieses Problems – die Muster der Änderungen der Umlaufbahnradien – werden im Unterabschnitt dargestellt. 2.4. Ein Atom hat keine Grenzen und seine Größe ist ein relativer Wert. Dennoch ist es möglich, die Größe eines freien Atoms anhand seines Bahnradius zu charakterisieren. Von praktischem Interesse sind jedoch in der Regel Atome und Ionen in der Zusammensetzung eines Stoffes (in einem Molekül, Polymer, einer Flüssigkeit oder einem Feststoff) und keine freien. Da sich die Zustände eines freien und gebundenen Atoms deutlich unterscheiden (und vor allem auch ihre Energie), müssen sich auch die Größen unterscheiden.

Für gebundene Atome können Sie auch Größen eingeben, die deren Größe charakterisieren. Obwohl sich Elektronenwolken gebundener Atome erheblich von kugelförmigen unterscheiden können, werden die Größen von Atomen normalerweise durch charakterisiert Wirksam (ersichtlich) Radien .

Die Größe der Atome desselben Elements hängt maßgeblich von der Zusammensetzung der chemischen Verbindung und der Bindungsart des Atoms ab. Beispielsweise beträgt für Wasserstoff die Hälfte des interatomaren Abstands im H 2 -Molekül 0,74/2 = 0,37 Å, und für metallischen Wasserstoff beträgt der Radiuswert 0,46 Å. Deshalb heben sie hervor kovalente, ionische, metallische und Van-der-Waals-Radien . In den Konzepten der effektiven Radien werden interatomare Abstände (genauer: Kernabstände) in der Regel als Summe der Radien zweier benachbarter Atome betrachtet, wobei die Atome als inkompressible Kugeln betrachtet werden. Angesichts zuverlässiger und genauer experimenteller Daten zu interatomaren Abständen (und solche Daten sind seit langem sowohl für Moleküle als auch für Kristalle mit einer Genauigkeit von Tausendstel Angström verfügbar) bleibt ein Problem, den Radius jedes Atoms zu bestimmen – wie um den interatomaren Abstand zwischen zwei Atomen zu verteilen. Es ist klar, dass dieses Problem nur durch die Einführung zusätzlicher unabhängiger Daten oder Annahmen eindeutig gelöst werden kann.

Feierabend -

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Kovalente Radien
Am offensichtlichsten ist die Situation bei den kovalenten Radien für Atome, die unpolare zweiatomige Moleküle bilden. In solchen Fällen beträgt der kovalente Radius genau die Hälfte des interatomaren Abstands

Ionenradien
Da unter n. u. Es ist schwierig, Moleküle mit Ionenbindungen zu beobachten und gleichzeitig sind viele Verbindungen bekannt, die Ionenkristalle bilden. Wenn es dann um Ionenradien geht,

Metallradien
Die Bestimmung der Metallradien an sich ist kein Problem – es reicht aus, den Kernabstand im entsprechenden Metall zu messen und in zwei Hälften zu teilen. In der Tabelle 20 sind etwas Meth

Vander-Waals-Radien
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Effektive Ladungen in einigen Ionenkristallen
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Effektive Ladungen von Atomen in Oxiden (nach N. S. Akhmetov)
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Wertigkeit
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Fragen zum Selbsttest
1. Definieren Sie die Konzepte: Oxidationsgrad; Kovalenz; Koordinationsnummer; sterische Zahl. 2. Bestimmen Sie Kovalenz, Oxidationsstufe und CN für: H2S; H

Kommunikationsenergie
Die Energiemenge ist das wichtigste Merkmal einer Bindung und bestimmt die Widerstandsfähigkeit von Stoffen gegenüber Hitze, Licht, mechanischer Beanspruchung und Reaktionen mit anderen Stoffen[†]. Es gibt verschiedene Methoden

Bindungsenergien zweiatomiger Moleküle in einem Gas (N. N. Pavlov)
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Fragen zum Selbsttest
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Chemische Bindung und das Periodensystem der Elemente
Betrachten wir die Gesetzmäßigkeiten der Struktur und Eigenschaften einiger einfacher Substanzen und einfachster Verbindungen, die durch die elektronische Struktur ihrer Atome bestimmt werden. Die Edelgasatome (Gruppe VIIIA) sind vollständig

Änderungen der interatomaren Abstände für einfache Substanzen der Gruppe VIA
Substanz Abstand zwischen Atomen, Å innerhalb von Molekülen, zwischen Molekülen Differenz S

Zusätzlich
3. Allgemeine Chemie / Hrsg. E. M. Sokolovskaya. M.: Verlag der Moskauer Staatlichen Universität, 1989. 4. Ugai Ya. O. Allgemeine Chemie. M.: Höher. Schule, 1984. 5. Das Gleiche. Allgemeine und anorganische Chemie. M..