Ioonide raadiuste probleem on teoreetilises keemias üks keskseid probleeme ja terminid ise "iooniline raadius"Ja" kristalli raadius", mis iseloomustavad vastavaid suurusi, on ioon-kovalentse struktuuri mudeli tagajärg. Raadiuste probleem areneb eelkõige struktuurikeemia (kristallkeemia) raames.
See kontseptsioon leidis eksperimentaalse kinnituse pärast M. Laue (1912) röntgendifraktsiooni avastamist. Difraktsiooniefekti kirjeldus langes praktiliselt kokku ioonmudeli väljatöötamise algusega R. Kosseli ja M. Borni töödes. Seejärel avastati elektronide, neutronite ja muude elementaarosakeste difraktsioon, mis oli aluseks mitmete kaasaegsete struktuurianalüüsi meetodite (röntgenikiirgus, neutron, elektronide difraktsioon jne) väljatöötamisel. Raadiuste mõiste mängis otsustavat rolli võre energia mõiste, lähima pakkimise teooria väljatöötamisel ning aitas kaasa Magnuse-Goldschmidti reeglite, Goldschmidti-Fersmani isomorfismireeglite jne tekkele.
Veel 1920. aastate alguses. aktsepteeriti kahte aksioomi: ioonide ülekantavus ühest struktuurist teise ja nende suuruste püsivus. Tundus üsna loogiline võtta raadiustena pooled kõige lühemad tuumadevahelised vahemaad metallides (Bragg, 1920). Veidi hiljem (Huggins, Slater) avastati korrelatsioon nende vahel aatomi raadiused ja kaugused vastavate aatomite valentselektronide elektrontiheduse maksimumideni.
Probleem ioonilised raadiused (g jah) on mõnevõrra keerulisem. Ioonsetes ja kovalentsetes kristallides täheldatakse röntgendifraktsioonianalüüsi kohaselt järgmist: (1) kattumise tiheduse väike nihe elektronegatiivsema aatomi suunas, samuti (2) minimaalne elektrontihedus sidejoonel ( lähedal asuvad ioonide elektronkestad peaksid üksteist tõrjuma). Seda miinimumi võib eeldada üksikute ioonide kokkupuutealaks, millest saab mõõta raadiusi. Tuumadevaheliste kauguste struktuuriandmete põhjal on aga võimatu leida viisi üksikute ioonide panuse määramiseks ja vastavalt ka ioonraadiuste arvutamiseks. Selleks tuleb määrata vähemalt ühe iooni raadius või ioonide raadiuste suhe. Seetõttu juba 1920. a. selliseks määramiseks pakuti välja mitmeid kriteeriume (Lande, Pauling, Goldschmidt jt) ning loodi erinevad ioon- ja aatomiraadiuste süsteemid (Arens, Goldschmidt, Bokiy, Zachariazen, Pauling) (kodumaistes allikates on probleemi kirjeldatud V. I. Lebedevi, V. S. Urusovi ja B. K. Weinsteini detail).
Praegu peetakse kõige usaldusväärsemaks Shannoni ja Pruitti ioonraadiuste süsteemi, milles algväärtuseks on võetud ioonraadius F“(r f0W F" = 1,19 A) ja O 2_ (r f0W O 2- = 1,26 A). üks (B.K. Vainshteini monograafiates nimetatakse neid füüsikalisteks). Tabel 3.1. See süsteem annab tuumadevaheliste kauguste arvutamise täpsuseks kõige ioonilisemates ühendites (fluoriidid ja hapnikusoolad) suurusjärgus 0,01 A ja võimaldab mõistlikult hinnata ioonide raadiused, mille kohta struktuuriandmed puuduvad.. Seega tehti Shannoni andmetele tuginedes - Pruitt 1988. aastal ioonide jaoks tol ajal tundmatute raadiuste arvutus. d- siirdemetallid kõrges oksüdatsiooniastmes, mis on kooskõlas järgnevate katseandmetega.
Tabel 3.1
Mõned üleminekuelementide (CN 6) ioonraadiused (Shannoni ja Pruitti järgi)
|
0,7 5 LS |
||||||||||||||||||
Tabeli lõpp. 3.1
|
0,75 lls |
|||||||||||
CC 4 ; b CC 2; LS- madal spin olek; H.S.- kõrge tsentrifuugimise olek.
Iooniliste raadiuste oluline omadus on see, et need erinevad ligikaudu 20%, kui CN muutub kahe ühiku võrra. Ligikaudu samasugune muutus toimub siis, kui nende oksüdatsiooniaste muutub kahe ühiku võrra. Spin crossover
Näited perioodilistest varamuutustest
Kuna kvantmehaanika keelab osakeste koordinaatide täpse määramise, on mõisted "aatomi raadius" ja "iooniraadius" suhtelised. Aatomiraadiused jagunevad metalliaatomite raadiusteks, mittemetalliaatomite kovalentseteks raadiusteks ja väärisgaasi aatomite raadiusteks. Need määratakse röntgen- või neutrondifraktsioonimeetodil poolena aatomikihtide vahelisest kaugusest vastavate lihtainete kristallides (joonis 2.1).
Riis. 2.1. Mõiste "aatomi raadius" määratluse juurde
Üldiselt ei sõltu aatomi raadius mitte ainult aatomite olemusest, vaid ka nendevahelise keemilise sideme olemusest, agregatsiooni olekust, temperatuurist ja paljudest muudest teguritest. See asjaolu viitab veel kord mõiste "aatomiraadius" suhtelisusele. Aatomid ei ole kokkusurumatud, liikumatud kuulid, nad osalevad alati pöörlevas ja vibratsioonilises liikumises. Tabelis Tabelites 2.1 ja 2.2 on toodud mõnede metalliaatomite raadiused ja mittemetallide aatomite kovalentsed raadiused.
Tabel 2.1
Mõnede metallide aatomiraadiused
| Metallist | r a , pm | Metallist | r a , pm |
| Li | Rb | ||
| Ole | Sr | ||
| Na | Y | ||
| Mg | Zr | ||
| Al | Nb | ||
| K | Mo | ||
| Ca | Tc | ||
| Sc | Ru | ||
| Ti | Rh | ||
| V | Pd | ||
| Kr | Ag | ||
| Mu | Cd | ||
| Fe | sisse | ||
| Co | Cs | ||
| Ni | Ba | ||
| Cu | La | ||
| Zn | Hf |
Tabel 2.2
Mittemetallide aatomite kovalentsed raadiused
Väärisgaasi aatomite raadiused on oluliselt suuremad kui vastavate perioodide mittemetallide aatomite raadiused (tabel 2.2), kuna väärisgaasi kristallides on aatomitevaheline interaktsioon väga nõrk.
Gaas He Ne Ar Kr Xe
r a, rm 122 160 191 201 220
Ioonraadiuste skaala ei saa loomulikult põhineda samadel põhimõtetel kui aatomiraadiuste skaala. Veelgi enam, rangelt võttes ei saa objektiivselt määrata üksiku iooni ühtki omadust. Seetõttu on ioonraadiuste skaalasid mitu, kõik need on suhtelised, st ehitatud teatud eelduste alusel. Iooniliste raadiuste tänapäevane skaala põhineb eeldusel, et ioonide vaheline piir on minimaalse elektrontiheduse punkt ioonide keskpunkte ühendaval joonel. Tabelis Tabelis 2.3 on toodud mõnede ioonide raadiused.
Tabel 2.3
Mõnede ioonide raadiused
| Ja tema | r i pm | Ja tema | r i, pm |
| Li+ | Mn 2+ | ||
| Ole 2+ | Mn 4+ | ||
| B 3+ | Mn 7+ | ||
| C 4+ | Fe 2+ | ||
| N 5+ | Fe 3+ | ||
| O2– | Co2+ | ||
| F – | Co 3+ | ||
| Na+ | Ni 2+ | ||
| Mg 2+ | Cu+ | ||
| Al 3+ | Cu 2+ | ||
| Si 4+ | Br – | ||
| P5+ | Mo 6+ | ||
| S 2- | Tc 7+ | ||
| Cl – | Ag+ | ||
| Cl 5+ | mina – | ||
| Cl 7+ | Ce 3+ | ||
| Cr 6+ | Nd 3+ | ||
| Lu 3+ |
Perioodiline seadus toob kaasa järgmised aatomi- ja ioonraadiuste muutuste mustrid.
1) Perioodidel vasakult paremale aatomi raadius üldiselt väheneb, kuigi ebaühtlaselt, siis lõpus suureneb see väärisgaasi aatomi puhul järsult.
2) Alarühmades ülalt alla aatomi raadius suureneb: põhialarühmades olulisem ja sekundaarsetes alarühmades vähem. Neid mustreid on aatomi elektroonilise struktuuri positsioonist lihtne selgitada. Perioodil, üleminekul eelmiselt elemendilt järgmisele, lähevad elektronid samasse kihti ja isegi samasse kesta. Tuuma kasvav laeng toob kaasa elektronide tugevama tõmbumise tuumale, mida ei kompenseeri elektronide vastastikune tõrjumine. Alarühmades põhjustab elektrooniliste kihtide arvu suurenemine ja väliste elektronide tuuma külgetõmbe varjestamine sügavate kihtidega aatomi raadiuse suurenemist.
3) Katiooni raadius on väiksem kui aatomi raadius ja väheneb katiooni laengu suurenedes, näiteks:
4) Aniooni raadius on suurem kui aatomi raadius, näiteks:
5) Perioodidel vähenevad sama laenguga d-elementide ioonide raadiused järk-järgult, see on nn d-kompressioon, näiteks:
6) Sarnast nähtust täheldatakse f-elementide ioonide puhul - perioodidel vähenevad sama laenguga f-elementide ioonide raadiused sujuvalt, see on nn f-kompressioon, näiteks:
7) Sama tüüpi ioonide (millega on sarnane elektrooniline kroon) raadiused suurenevad järk-järgult alarühmades, näiteks:
8) Kui erinevatel ioonidel on sama arv elektrone (neid nimetatakse isoelektroonilisteks), siis selliste ioonide suuruse määrab loomulikult ioonituuma laeng. Väikseim ioon on see, millel on suurim tuumalaeng. Näiteks Cl –, S 2–, K +, Ca 2+ ioonidel on sama arv elektrone (18), need on isoelektroonilised ioonid. Väikseim neist on kaltsiumiioon, kuna sellel on suurim tuumalaeng (+20), ja suurim on S 2– ioon, millel on väikseim tuumalaeng (+16). Seega ilmneb järgmine muster: isoelektrooniliste ioonide raadius väheneb ioonilaengu suurenedes.
Hapete ja aluste suhteline tugevus (Kosseli diagramm)
Kõik hapniku happed ja alused sisaldavad oma molekulides fragmenti E n+ – O 2– – H +. On hästi teada, et ühendi dissotsiatsioon happelise või aluselise tüübi järgi on seotud elemendi aatomi oksüdatsiooniastmega (täpsemalt valentsiga). Oletame, et selles fragmendis olev side on puhtalt ioonne. See on üsna umbkaudne lähenemine, kuna aatomi valentsi suurenedes nõrgeneb oluliselt selle sidemete polaarsus (vt ptk 3).
Selles jäigas fragmendis, mis on lõigatud hapniku happe- või aluse molekulist, määratakse vastavalt prootoni või hüdroksüülaniooni vabanemisega seotud sideme lõhustumise ja dissotsiatsiooni koha En + ja O vahelise interaktsiooni ulatus. 2 – ioonid. Mida tugevam on see interaktsioon ja see suureneb koos iooni laengu (oksüdatsiooniastme) suurenemisega ja selle raadiuse vähenemisega, seda tõenäolisem on O-H sideme purunemine ja happe tüüpi dissotsiatsioon. Seega hapnikhapete tugevus suureneb koos elemendi aatomi oksüdatsiooniastme suurenemisega ja selle ioonide raadiuse vähenemisega .
Pange tähele, et siin ja allpool on neist kahest tugevam elektrolüüt, millel on lahuses sama molaarse kontsentratsiooni korral suurem dissotsiatsiooniaste. Rõhutame, et Kosseli skeemis analüüsitakse kahte tegurit - oksüdatsiooniastet (ioonilaengut) ja iooni raadiust.
Näiteks tuleb välja selgitada, kumb kahest happest on tugevam - kas seleeniline H 2 SeO 4 või seleenne H 2 SeO 3 . H 2 SeO 4-s on seleeni aatomi oksüdatsiooniaste (+6) kõrgem kui seleenhappes (+4). Samal ajal on Se 6+ iooni raadius väiksem kui Se 4+ iooni raadius. Selle tulemusena näitavad mõlemad tegurid, et seleenhape on tugevam kui seleenhape.
Teiseks näiteks on mangaanhape (HMnO 4) ja reeniumhape (HReO 4). Mn ja Re aatomite oksüdatsiooniastmed nendes ühendites on samad (+7), seega tuleks võrrelda Mn 7+ ja Re 7+ ioonide raadiusi. Kuna sama tüüpi ioonide raadiused alarühmas suurenevad, siis järeldame, et Mn 7+ iooni raadius on väiksem, mis tähendab, et mangaanhape on tugevam.
Põhjustega on olukord vastupidine. Aluste tugevus suureneb koos elemendi aatomi oksüdatsiooniastme vähenemisega ja ioonide raadiuse suurenemisega . Seega, kui sama element moodustab erinevad alused, näiteks EON ja E(OH) 3, siis teine neist on nõrgem kui esimene, kuna oksüdatsiooniaste on esimesel juhul madalam ja E raadius + ioon on suurem kui E 3+ iooni raadius. Alarühmades suureneb sarnaste aluste tugevus. Näiteks leelismetallihüdroksiidide tugevaim alus on FrOH ja nõrgim LiOH. Rõhutame veel kord, et me räägime vastavate elektrolüütide dissotsiatsiooniastmete võrdlemisest ega puuduta elektrolüüdi absoluutse tugevuse küsimust.
Kasutame sama lähenemisviisi hapnikuvabade hapete suhtelise tugevuse arvestamisel. Asendame nende ühendite molekulides oleva fragmendi E n– – H + ioonse sidemega:
Nende ioonide vastastikmõju tugevuse määrab loomulikult iooni laeng (elemendi aatomi oksüdatsiooniaste) ja selle raadius. Coulombi seadust silmas pidades saame selle tulemuseks hapnikuvabade hapete tugevus suureneb koos elemendi aatomi oksüdatsiooniastme vähenemisega ja selle iooni raadiuse suurenemisega .
Hapnikuvabade hapete tugevus lahuses suureneb alarühmas, näiteks vesinikhalogeniidhapete puhul, kuna elemendi aatomi sama oksüdatsiooniastmega suureneb selle iooni raadius.
Keemilise sideme moodustamisel osalevate keemiliste elementide üks olulisemaid omadusi on aatomi (iooni) suurus: selle suurenedes aatomitevaheliste sidemete tugevus väheneb. Aatomi (iooni) suuruse määrab tavaliselt selle raadiuse või läbimõõdu väärtus. Kuna aatomil (ioonil) pole selgeid piire, tähendab "aatomi (ioon) raadiuse" mõiste, et 90–98% aatomi (iooni) elektrontihedusest sisaldub selle raadiusega sfääris. Aatomite (ioonsete) raadiuste väärtuste teadmine võimaldab hinnata tuumadevahelisi kaugusi kristallides (st nende kristallide struktuuri), kuna paljude probleemide korral võib aatomite (ioonide) tuumade vahelisi lühimaid vahemaid pidada summaks. nende aatomi (ioonse) raadiuse kohta, kuigi selline liitevõime on ligikaudne ja mitte kõigil juhtudel.
Under aatomi raadius keemilise sideme moodustumisel osalevat keemilist elementi (ioonraadiuse kohta vt allpool), üldiselt lepiti kokku poole võrra elemendi kristallvõre lähimate aatomite vahelisest tasakaalulisest tuumadevahelisest kaugusest. See kontseptsioon, mis on väga lihtne, kui arvestada aatomeid (ioone) kõvade kuulide kujul, osutub tegelikult keeruliseks ja sageli mitmetähenduslikuks. Keemilise elemendi aatomi (ioonne) raadius ei ole konstantne väärtus, vaid varieerub sõltuvalt mitmest tegurist, millest olulisemad on keemilise sideme tüüp
ja kooskõlastusnumber.
Kui sama aatom (ioon) erinevates kristallides moodustab erinevat tüüpi keemilisi sidemeid, siis on sellel kovalentse sidemega kristallis mitu raadiust - kovalentne; ioonne ioonse sidemega kristallis; metallis metallis; van der Waals molekulaarses kristallis. Keemilise sideme tüübi mõju on näha järgmises näites. Teemandis on kõik neli keemilist sidet kovalentsed ja moodustuvad sp 3-hübriidid, seega on antud aatomi kõik neli naabrit samal kohal
sama kaugel sellest ( d= 1,54 A˚) ja süsiniku kovalentne raadius teemandis on
võrdub 0,77 A˚. Arseenikristallides on kovalentsete sidemetega ühendatud aatomite vaheline kaugus ( d 1 = 2,52 A˚), oluliselt vähem kui van der Waalsi jõududega seotud aatomite vahel ( d 2 = 3,12 A˚), seega on As kovalentne raadius 1,26 A˚ ja van der Waalsi raadius 1,56 A˚.
Väga järsult muutub ka aatomi (ioonne) raadius koordinatsiooniarvu muutumisel (seda võib täheldada elementide polümorfsete teisenduste käigus). Mida väiksem on koordinatsiooniarv, seda väiksem on ruumi täituvus aatomitega (ioonidega) ja seda väiksemad on tuumadevahelised kaugused. Koordinatsiooninumbri suurenemisega kaasneb alati tuumadevahelise kauguse suurenemine.
Eelnevast järeldub, et keemilise sideme moodustumisel osalevate erinevate elementide aatom- (ioonseid) raadiusi saab võrrelda ainult siis, kui need moodustavad kristalle, milles realiseerub sama tüüpi keemiline side ja nendel elementidel on samad koordinatsiooninumbrid. moodustunud kristallides .
Vaatleme üksikasjalikumalt aatomi- ja ioonraadiuste põhijooni.
Under elementide kovalentsed raadiused Tavapärane on mõista pool tuumadevahelisest tasakaalukaugusest lähimate kovalentse sidemega ühendatud aatomite vahel.
Kovalentsete raadiuste tunnuseks on nende püsivus erinevates "kovalentsetes struktuurides" sama koordinatsiooninumbriga Z j. Lisaks on kovalentsed raadiused reeglina üksteisega seotud aditiivselt, see tähendab, et A–B kaugus võrdub poolega A–A ja B–B kauguste summast kovalentsete sidemete olemasolul ja kõigis kolmes struktuuris samad koordinatsiooninumbrid.
Eristatakse normaal-, tetraeedri-, oktaeedri-, ruut- ja lineaarseid kovalentseid raadiusi.
Aatomi normaalne kovalentne raadius vastab juhule, kui aatom moodustab nii palju kovalentseid sidemeid, kuivõrd vastab tema kohale perioodilisustabelis: süsiniku puhul - 2, lämmastiku puhul - 3 jne. normaalsed raadiused saadakse olenevalt mitmekordsussidemetest (üksikside, topelt-, kolmikside). Kui hübriidelektronipilvede kattumisel tekib side, siis räägivad need tetraeedrilisest
(Z k = 4, sp 3-hübriidorbitaalid), oktaeedriline ( Z k = 6, d 2sp 3-hübriidorbitaalid), ruutkesksed ( Z k = 4, dsp 2-hübriidorbitaalid), lineaarne ( Z k = 2, sp-hübriidorbitaalid) kovalentsed raadiused.
Kovalentse raadiuse kohta on kasulik teada järgmist (mitme elemendi kovalentsete raadiuste väärtused on antud).
1. Erinevalt ioonraadiusest ei saa kovalentseid raadiusi tõlgendada sfäärilise kujuga aatomite raadiustena. Kovalentseid raadiusi kasutatakse ainult kovalentsete sidemetega ühendatud aatomite tuumadevaheliste kauguste arvutamiseks ja need ei ütle midagi sama tüüpi aatomite vahekauguste kohta, mis ei ole kovalentselt seotud.
2. Kovalentse raadiuse suurus määratakse kovalentse sideme paljususega. Kolmikside on lühem kui kaksiksidem, mis omakorda on lühem kui üksikside, seega on kolmiksideme kovalentne raadius väiksem kui kaksiksideme kovalentne raadius, mis on väiksem
vallaline. Tuleb meeles pidada, et sideme kordsusjärk ei pea olema täisarv. See võib olla ka murdosaline, kui side on resonantse iseloomuga (benseeni molekul, Mg2 Sn ühend, vt allpool). Sel juhul on kovalentsel raadiusel vahepealne väärtus väärtuste vahel, mis vastavad kogu sideme kordsuse järjekorda.
3. Kui side on segakovalentse-ioonse olemusega, kuid suure sideme kovalentse komponendiga, siis võib kasutusele võtta kovalentse raadiuse mõiste, kuid sideme ioonse komponendi mõju selle väärtusele ei saa. hooletusse jätta. Mõnel juhul võib see mõju viia kovalentse raadiuse olulise vähenemiseni, mõnikord kuni 0,1 A˚. Kahjuks püütakse ennustada selle mõju ulatust erinevalt
juhtumid pole veel edukad olnud.
4. Kovalentse raadiuse suurus oleneb kovalentse sideme moodustumisel osalevate hübriidorbitaalide tüübist.
Ioonilised raadiused, loomulikult ei saa seda määrata poolena lähimate ioonide tuumade vahekauguste summast, kuna reeglina on katioonide ja anioonide suurused järsult erinevad. Lisaks võib ioonide sümmeetria sfäärilisest pisut erineda. Päris ioonkristallide jaoks aga all iooniline raadius Tavapärane on mõista kuuli raadiust, mille järgi ioon on ligikaudne.
Ioonraadiusi kasutatakse tuumadevaheliste kauguste ligikaudseks määramiseks ioonkristallides. Arvatakse, et lähima katiooni ja aniooni vaheline kaugus on võrdne nende ioonraadiuste summaga. Tüüpiline viga tuumadevaheliste kauguste määramisel ioonraadiuste kaudu sellistes kristallides on ≈0,01 A˚.
On mitmeid ioonraadiuste süsteeme, mis erinevad üksikute ioonide ioonraadiuste väärtuste poolest, kuid viivad ligikaudu samade tuumadevaheliste kaugusteni. Esimese töö ioonraadiuste määramiseks tegi V. M. Goldshmit 20. sajandi 20. aastatel. Selles kasutas autor ühelt poolt röntgenstruktuurianalüüsiga mõõdetud tuumadevahelisi kaugusi ioonkristallides ja teiselt poolt määratud ioonraadiuste F− ja O2− väärtusi.
refraktomeetria meetodil. Enamik teisi süsteeme tugineb ka difraktsioonimeetoditega määratud tuumadevahelistele kaugustele kristallides ja teatud iooni ioonraadiuse mõnele "referentsväärtusele". Kõige tuntumas süsteemis
Selle võrdlusväärtuse määramiseks on peroksiidiooni O2− ioonraadius, mis on võrdne
1,40 A˚ See O2− väärtus on hästi kooskõlas teoreetiliste arvutustega. G.B. Bokiy ja N.V. Belovi süsteemis, mida peetakse üheks kõige usaldusväärsemaks, võetakse O2− ioonraadius 1,36 A˚.
70–80ndatel üritati ioonide raadiusi vahetult määrata elektrontiheduse mõõtmise teel röntgenstruktuurianalüüsi meetoditega eeldusel, et ioonide piiriks võetakse minimaalne elektrontihedus tuumasid ühendaval joonel. Selgus, et see otsene meetod toob kaasa katioonide ioonkiirguse ülehinnatud väärtused ja anioonide ioonraadiuste alahinnatud väärtused. Lisaks selgus, et otseselt määratud ioonraadiuste väärtusi ei saa ühelt ühendilt teisele üle kanda ning kõrvalekalded aditiivsusest on liiga suured. Seetõttu ei kasutata selliseid ioonraadiusi tuumadevaheliste kauguste ennustamiseks.
Ioonraadiuste kohta on kasulik teada järgmist (allolevad tabelid annavad ioonraadiuste väärtused Bokiy ja Belovi järgi).
1. Sama elemendi ioonide ioonraadius varieerub sõltuvalt selle laengust ja sama iooni puhul sõltub koordinatsiooniarvust. Sõltuvalt koordinatsiooninumbrist eristatakse tetraeedrilist ja oktaeedrilist ioonraadiust.
2. Ühe vertikaalse rea piires, täpsemalt ühe rühma piires, perioodiline
süsteemides suurenevad sama laenguga ioonide raadiused elemendi aatomarvu suurenemisega, kuna elektronide poolt hõivatud kestade arv suureneb ja seega ka iooni suurus.
|
Raadius, A˚ |
3. Sama perioodi aatomite positiivselt laetud ioonide puhul vähenevad ioonraadiused kiiresti laengu suurenedes. Kiiret langust seletatakse kahe peamise teguri ühesuunalise toimega: "nende" elektronide tugev külgetõmme katiooni poolt, mille laeng suureneb koos aatomarvu suurenemisega; katiooni ja ümbritsevate anioonide vahelise interaktsiooni tugevuse suurenemine koos katiooni laengu suurenemisega.
|
Raadius, A˚ |
4. Sama perioodi aatomite negatiivselt laetud ioonide ioonide raadiused suurenevad negatiivse laengu suurenedes. Eelmises lõigus käsitletud kaks tegurit toimivad sel juhul vastupidises suunas ja domineerib esimene tegur (aniooni negatiivse laengu suurenemisega kaasneb selle ioonraadiuse suurenemine), mistõttu ioonraadiuste suurenemine koos suurenemisega negatiivne laeng toimub oluliselt aeglasemalt kui vähenemine eelmisel juhul.
|
Raadius, A˚ |
5. Sama elemendi puhul, st sama algse elektroonilise konfiguratsiooniga, on katiooni raadius väiksem kui anioonil. Selle põhjuseks on väliste "täiendavate" elektronide külgetõmbe vähenemine anioonituuma ja sõelumisefekti suurenemine sisemiste elektronide tõttu (katioonis on elektronide puudus ja anioonil on ülejääk).
|
Raadius, A˚ |
6. Sama laenguga ioonide suurused järgivad perioodilisustabeli perioodilisust. Ioonraadius ei ole aga võrdeline tuumalaenguga Z, mis on tingitud elektronide tugevast külgetõmbest tuuma poolt. Lisaks on perioodilise sõltuvuse erandiks lantaniidid ja aktiniidid, mille seerias sama laenguga aatomite ja ioonide raadiused ei suurene, vaid vähenevad aatomarvu suurenedes (nn lantaniidi kokkusurumine ja aktiniidi kokkusurumine).11
11 Lantaniidi kokkusurumine ja aktiniidi kokkusurumine on tingitud asjaolust, et lantaniidides ja aktiniidides täituvad kasvava aatomarvuga lisatud elektronid sisemine d Ja f-kestad, mille peakvantarv on väiksem kui antud perioodi peakvantarv. Veelgi enam, vastavalt kvantmehaanilistele arvutustele d ja eriti sisse f väidab, et elektron on tuumale palju lähemal kui tuumas s Ja lk antud perioodi olekud suure kvantarvuga, seega d Ja f-elektronid asuvad aatomi sisemistes piirkondades, kuigi nende olekute täitumine elektronidega (räägime elektroonikatasanditest energiaruumis) toimub erinevalt.
Metallist raadiused loetakse võrdseks poolega lühimast vahemaast aatomituumade vahel metallelemendi kristalliseerivas struktuuris. Need sõltuvad koordineerimisnumbrist. Kui me võtame mis tahes elemendi metalliraadiuse at Z k = 12 ühiku kohta, siis millal Z k = 8, 6 ja 4 sama elemendi metalliraadiust on vastavalt 0,98; 0,96; 0,88. Metalliraadiustel on liiteomadus. Nende väärtuste tundmine võimaldab ligikaudselt ennustada intermetalliliste ühendite kristallvõre parameetreid.
Metallide aatomiraadiustele on iseloomulikud järgmised tunnused (andmed metallide aatomiraadiuste väärtuste kohta leiate siit).
1. Siirdemetallide metallilise aatomi raadiused on üldiselt väiksemad kui mittesiirdemetallide metallide aatomiraadiused, mis peegeldab siirdemetallide suuremat sideme tugevust. See omadus on tingitud asjaolust, et siirderühma metallid ja perioodilisustabelis neile lähimad metallid on elektroonikaga d- kestad ja elektronid sisse d-riigid saavad osaleda keemiliste sidemete moodustamises. Sideme tugevnemine võib osaliselt olla tingitud sideme kovalentse komponendi ilmumisest ja osaliselt ioonsüdamike van der Waalsi interaktsioonist. Näiteks raua- ja volframikristallides on elektronid sisse d-riigid annavad olulise panuse sidumisenergiasse.
2. Ühe vertikaalse rühma sees ülevalt alla liikudes suurenevad metallide aatomiraadiused, mis on tingitud elektronide arvu järjekindlast suurenemisest (elektronide poolt hõivatud kestade arv suureneb).
3. Ühe perioodi jooksul, täpsemalt alates leelismetallist kuni siirdemetallide rühma keskpaigani, vähenevad aatomimetallide raadiused vasakult paremale. Samas järjestuses suureneb aatomituuma elektrilaeng ja suureneb elektronide arv valentskihis. Sideelektronide arvu suurenedes aatomi kohta tugevneb metalliside ja samal ajal tuuma laengu suurenemise tõttu suureneb tuuma (sisemiste) elektronide külgetõmme tuuma poolt, mistõttu väärtus metallilise aatomi raadius väheneb.
4. Samast perioodist pärit VII ja VIII rühma siirdemetallidel on esimese lähenduse kohaselt peaaegu identsed metalliraadiused. Ilmselt, kui tegemist on 5 või enama elemendiga d-elektronid, tuuma laengu suurenemine ja sellega kaasnevad tuumaelektronide külgetõmbeefektid, mis põhjustavad aatomi metalli raadiuse vähenemist, kompenseeritakse elektronide arvu suurenemisega aatomis (ioonis), mis ei osale metallisideme moodustumisel ja viib metalli raadiuse suurenemiseni (suurendab elektronide poolt hõivatud olekute arvu).
5. Üleminekuelementide raadiuste suurenemist (vt punkt 2), mis toimub üleminekul neljandast perioodist viiendale perioodile, ei täheldata üleminekuelementide puhul
üleminek viiendast perioodist kuuendale; vastavate (võrdlus on vertikaalne) elementide metallilised aatomiraadiused neil kahel viimasel perioodil on peaaegu samad. Ilmselt on see tingitud asjaolust, et nende vahel asuvad elemendid on suhteliselt sügaval asetsevad f-kest, seega on tuumalaengu suurenemine ja sellega seotud atraktiivsed mõjud olulisemad kui elektronide arvu suurenemisega (lantaniidi kokkusurumisega) seotud mõjud.
|
Element 4. perioodist |
Raadius, A˚ |
Element 5. perioodist |
Raadius, A˚ |
Element 6. perioodist |
Raadius, A˚ |
6. Tavaliselt on metallide raadiused palju suuremad kui ioonraadiused, kuid nad ei erine nii oluliselt samade elementide kovalentsetest raadiustest, kuigi eranditult on nad kõik suuremad kui kovalentsed raadiused. Samade elementide metallilise aatomi- ja ioonraadiuse suur erinevus on seletatav asjaoluga, et peaaegu vaba juhtivuse elektronidele tekkinud side ei ole tugev (sellest tulenevad ka suhteliselt suured aatomitevahelised kaugused. metallvõre). Oluliselt väiksem erinevus samade elementide metallilise ja kovalentse raadiuse väärtustes on seletatav, kui vaadelda metallilist sidet mõne erilise "resonantse" kovalentse sidemena.
Under van der Waalsi raadius Tavapärane on mõista poole tasakaalulist tuumadevahelist kaugust lähimate aatomite vahel, mis on ühendatud van der Waalsi sidemega. Van der Waalsi raadiused määravad väärisgaasi aatomite efektiivse suuruse. Lisaks, nagu definitsioonist järeldub, võib van der Waalsi aatomiraadiust pidada pooleks tuumadevahelisest kaugusest lähimate samanimeliste aatomite vahel, mis on ühendatud van der Waalsi sidemega ja kuuluvad erinevatesse molekulidesse (näiteks molekulaarkristallides). ). Kui aatomid lähenevad üksteisele kaugusel, mis on väiksem kui nende van der Waalsi raadiuste summa, tekib tugev aatomitevaheline tõukejõud. Seetõttu iseloomustavad van der Waalsi aatomiraadiused erinevatesse molekulidesse kuuluvate aatomite minimaalseid lubatud kontakte. Andmed van der Waalsi aatomiraadiuste väärtuste kohta mõnede aatomite kohta leiate artiklist).
Van der Waalsi aatomiraadiuste tundmine võimaldab määrata molekulide kuju ja nende pakkimist molekulaarsetesse kristallidesse. Van der Waalsi raadiused on palju suuremad kui kõik ülaltoodud samade elementide raadiused, mis on seletatav van der Waalsi jõudude nõrkusega.
ioonkristallides tuumadevaheliste kauguste ligikaudseks määramiseks kasutatavate ioonide tavapärased omadused (vt ioonide raadiused). Väärtused I. r. on loomulikult seotud elementide asukohaga Mendelejevi perioodilisustabelis. I.r. on laialdaselt kasutusel kristallide keemias (Vt Kristallide keemia), võimaldades tuvastada seaduspärasusi erinevate ühendite kristallide struktuuris, geokeemias (Vt Geokeemia) ioonide asenduste fenomeni uurimisel geokeemilistes protsessides jne.
Välja on pakutud mitmeid I. r. väärtuste süsteeme. Need süsteemid põhinevad tavaliselt järgmisel tähelepanekul: tuumadevaheliste kauguste A-X ja B-X erinevus koostisega AX ja BX ioonkristallides, kus A ja B on metall, X on mittemetall, praktiliselt ei muutu, kui X asendatakse teise sellega sarnase mittemetalliga (näiteks kloori asendamisel broomiga), kui võrreldavate soolade sarnaste ioonide koordinatsiooniarvud on samad. Sellest järeldub, et I. r. neil on aditiivsuse omadus, st et katseliselt määratud tuumadevahelisi kaugusi võib pidada ioonide vastavate "raadiuste" summaks. Selle summa jagamine osadeks põhineb alati enam-vähem meelevaldsetel oletustel. Erinevate autorite pakutud kastmissüsteemid erinevad peamiselt erinevate lähteeelduste kasutamise poolest.
Tabelites on näidatud oksüdatsiooninumbrid, mis vastavad oksüdatsiooninumbri erinevatele väärtustele (vt valents). Muudel väärtustel kui +1 ei vasta oksüdatsiooniarv aatomite tegelikule ionisatsiooniastmele ja I.r. omandavad veelgi tavapärasema tähenduse, kuna side võib olla olemuselt suures osas kovalentne. Väärtused I. r. (Å) mõne elemendi puhul (N.V. Belovi ja G.B. Bokiy järgi): F - 1,33, Cl - 1,81, Br - 1,96, I - 2,20, O 2 - 1,36, Li + 0,68, Na - 0,98, K + 1,33, Rb + 1,49, Cs + 1,65, Be 2+ 0,34, Mg 2+ 0,74, Ca 2+ 1,04, Sr 2+ 1,20, Ba 2+ 1,38, Sc 3+ 0,83, Y 3+ 0,97, La04 0,97.
V. L. Kireev.
- - elusraku ja selle organellide membraanide supramolekulaarsed süsteemid, millel on lipoproteiini iseloom ja mis tagavad selektiivsuse. läbides erinevaid ioonid läbi membraani. Naib, kanalid Na+, K+, Ca2+ ioonide jaoks on levinud...
- - biol. sisse ehitatud molekulaarstruktuurid. membraane ja ioonide ülekandmist kõrgemate elektrokeemiliste ainete suunas. potentsiaalne...
Bioloogia entsüklopeediline sõnastik
- - aatomite omadused, mis võimaldavad ligikaudselt hinnata aatomitevahelisi kaugusi molekulides ja kristallides...
Füüsiline entsüklopeedia
- - aatomite efektiivsed omadused, mis võimaldavad ligikaudselt hinnata aatomitevahelist kaugust molekulides ja kristallides...
Keemia entsüklopeedia
- - kristalne in-va, mille puhul on peamiselt tingitud osakeste vaheline adhesioon. ioonsed sidemed...
Keemia entsüklopeedia
- - koosneb kahest vastandlikult laetud ioonist, mis on elektrostaatiliselt koos. jõud, dispersioon, ioon-dipool või teatud muud vastasmõjud...
Keemia entsüklopeedia
- - vt aatomiraadiused...
Keemia entsüklopeedia
- - vt aatomiraadiused...
Keemia entsüklopeedia
- - ioonseadmed on samad mis gaaslahendusseadmed...
Tehnoloogia entsüklopeedia
- - Lebedevi poolt 1966. aastal välja pakutud aatomisuuruste süsteem...
Geoloogiline entsüklopeedia
- - sama mis gaaslahendusseadmed...
Suur entsüklopeediline polütehniline sõnaraamat
- - aatomite omadused, mis võimaldavad ligikaudselt hinnata ainete aatomitevahelisi kaugusi...
- - kristallid, milles osakeste kohesioon on tingitud peamiselt ioonsetest keemilistest sidemetest. I. to. võib koosneda nii ühe- kui ka mitmeaatomilistest ioonidest...
Suur Nõukogude entsüklopeedia
- - ioonide tinglikud omadused, mida kasutatakse tuumadevahelise kauguse ligikaudseks määramiseks ioonkristallides...
Suur Nõukogude entsüklopeedia
- - omadused, mis võimaldavad ligikaudselt hinnata aatomitevahelisi kaugusi molekulides ja kristallides. Määratud peamiselt röntgenstruktuurianalüüsi andmetest...
- - ioonkristallides katioonide ja anioonide tuumade vahekauguste omadused...
Suur entsüklopeediline sõnastik
"Ioonilised raadiused" raamatutes
Liitium-ioonakud
Raamatust Endine linnaelanik külas. Parimad retseptid maal elamiseks autor Andrei KaškarovLiitiumioonakud Liitiumioonakud (Li-Ion) näitavad head jõudlust madalatel temperatuuridel. Enamik tootjaid määrab seda tüüpi aku temperatuurini -20 °C ja madala koormuse korral on akud võimelised andma kuni 70% oma mahust
P3.4. Kuidas hoida sülearvuti liitiumioonakusid. Paar soovitust
Raamatust Kaasaegse korteri torumees, ehitaja ja elektrik autor Kaškarov Andrei PetrovitšP3.4. Kuidas hoida sülearvuti liitiumioonakusid. Mõned soovitused: Akusid tuleks hoida laetuna temperatuuril +15 °C kuni +35 °C normaalse õhuniiskuse juures; Aja jooksul tühjeneb aku veidi ise, isegi kui seda hoitakse eraldi
Aatomi raadiused
Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (AT). TSBIoonilised kristallid
TSBIoonilised seadmed
Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (IO). TSBIoonilised raadiused
Autori raamatust Great Soviet Encyclopedia (IO). TSB2.4.1. Liitium-ioonakud
Autori raamatust2.4.1. Liitiumioonakud Liitium-ioonakud on mobiilsideturul võitnud jõudu. See on tingitud nende eelistest, nagu: suur elektrienergia tihedus (kaks korda suurem kui sama suurusega NiCd aku ja seetõttu poole väiksem
Ioon- ja laserpaigaldised
Raamatust Rules for Electrical Installations in Questions and Answers [Juhend õppimiseks ja teadmiste kontrolliks valmistumiseks] autor Krasnik Valentin ViktorovitšIoon- ja laserinstallatsioonid Küsimus. Kuidas ioon- ja laserpaigaldisi konfigureerida ja paigutada?Vastus. Tuleb konfigureerida ja neis sisalduvad seadmed paigutada, võttes arvesse meetmeid nende juht- ja mõõteahelate mürakindluse tagamiseks.
Liitium-ioon (Li-Ion) akud
Autori raamatust Toiteallikad ja laadijadLiitium-ioon (Li-Ion) akud Liitium on kõige kergem metall, kuid samas on sellel ka tugevalt negatiivne elektrokeemiline potentsiaal. Tänu sellele iseloomustab liitiumi kõrgeim teoreetiline erielektrienergia. Teisesed allikad
