شعاع اتمی و یونی - اساس علم مواد. اندازه یون

مسئله شعاع یون یکی از مسائل اصلی در شیمی نظری است و خود اصطلاحات "شعاع یونی"و" شعاع کریستالی"، مشخص کردن ابعاد مربوطه، نتیجه مدل یونی-کووالانسی ساختار است. مسئله شعاع ها اساساً در چارچوب شیمی ساختاری (شیمی کریستال) ایجاد می شود.

این مفهوم پس از کشف پراش اشعه ایکس توسط M. Laue (1912) تأیید تجربی پیدا کرد. توصیف اثر پراش تقریباً با آغاز توسعه مدل یونی در آثار R. Kossel و M. Born همزمان بود. پس از آن، پراش الکترون ها، نوترون ها و سایر ذرات بنیادی کشف شد که به عنوان پایه ای برای توسعه تعدادی از روش های مدرن تجزیه و تحلیل ساختاری (اشعه ایکس، نوترون، پراش الکترون و غیره) عمل کرد. مفهوم شعاع نقش تعیین کننده ای در شکل گیری مفهوم انرژی شبکه ایفا کرد، نظریه نزدیکترین بسته بندی ها، به پیدایش قوانین مگنوس-گلدشمیت، قوانین ایزومورفیسم گلداشمیت-فرسمن و غیره کمک کرد.

در اوایل دهه 1920. دو بدیهیات پذیرفته شد: در مورد قابلیت حمل (انتقال) یون ها از یک ساختار به ساختار دیگر و ثابت بودن اندازه آنها. کاملاً منطقی به نظر می رسید که نیمی از کوتاه ترین فواصل بین هسته ای در فلزات را به عنوان شعاع در نظر بگیریم (براگ، 1920). کمی بعد (هاگینز، اسلیتر) همبستگی بین شعاع اتمیو فاصله تا حداکثر چگالی الکترونی الکترونهای ظرفیت اتمهای مربوطه.

مسئله شعاع یونی (گرم آره) تا حدودی دشوارتر است. در بلورهای یونی و کووالانسی، با توجه به تجزیه و تحلیل پراش اشعه ایکس، موارد زیر مشاهده می شود: (1) مقداری تغییر در چگالی همپوشانی به یک اتم الکترونگاتیو تر، و همچنین (2) حداقل چگالی الکترون در خط پیوند ( لایه های الکترونی یون ها در فواصل نزدیک باید یکدیگر را دفع کنند). این حداقل را می توان به عنوان منطقه تماس بین یون های منفرد در نظر گرفت که از آن می توان شعاع ها را شمارش کرد. با این حال، از داده های ساختاری برای فواصل بین هسته ای، یافتن راهی برای تعیین سهم یون های منفرد و بر این اساس، راهی برای محاسبه شعاع یونی غیرممکن است. برای این کار لازم است حداقل شعاع یک یون یا نسبت شعاع یون مشخص شود. بنابراین، در حال حاضر در دهه 1920. تعدادی معیار برای چنین تعریفی پیشنهاد شد (لانده، پاولینگ، گلداشمیت، و غیره) و سیستم های مختلفی از شعاع یونی و اتمی ایجاد شد (آرنس، گلداشمیت، بوکی، زاخاریازن، پاولینگ) (در منابع داخلی، مشکل توضیح داده شده است. به تفصیل توسط V.I. Lebedev، V.S. Urusov و B. K. Vainshtein).

در حال حاضر، سیستم شعاع یونی شانون و پرویت قابل اطمینان ترین در نظر گرفته می شود، که در آن شعاع یونی F "(r f0W F "= 1.19 A) و O 2_ (r f0W О 2- = 1.26 A) (در تک نگاری های توسط B. K. Vainshtein، به آنها فیزیکی می گویند.) مجموعه ای از مقادیر شعاع برای همه عناصر سیستم تناوبی، برای حالت های مختلف اکسیداسیون و cn، و همچنین برای یون های فلزات واسطه و برای حالت های مختلف اسپین (مقادیر شعاع یونی عناصر انتقالی برای cn 6 در جدول 3.1 آورده شده است. این سیستم دقتی در حدود 0.01 A در محاسبه فواصل بین هسته‌ای در بیشتر ترکیبات یونی (فلوریدها و نمک‌های اکسیژن) ارائه می‌کند و تخمین معقولی از شعاع یون‌ها را برای پرویت در سال 1988 شعاع های ناشناخته آن زمان برای یون ها را محاسبه کرد. د- فلزات واسطه در حالت های اکسیداسیون بالا، مطابق با داده های تجربی بعدی.

جدول 3.1

برخی از شعاع های یونی r (طبق نظر شانون و پرویت) عناصر انتقالی (CH6)

0.75 LS

انتهای جدول. 3.1

							0.75 لیتر

CC 4 ; ب CC 2; LS-حالت چرخش کم؛ HS- حالت چرخش زیاد

یکی از ویژگی‌های مهم شعاع‌های یونی این است که وقتی cn دو واحد تغییر می‌کند، حدود 20 درصد با هم تفاوت دارند. تقریباً همین تغییر زمانی رخ می دهد که حالت اکسیداسیون آنها دو واحد تغییر کند. چرخش "متقاطع"

نمونه هایی از تغییر دوره ای خواص

از آنجایی که مکانیک کوانتومی تعیین دقیق مختصات یک ذره را ممنوع می کند، مفاهیم "شعاع اتم"، "شعاع یون" مشروط هستند. شعاع‌های اتمی به شعاع اتم‌های فلز، شعاع کووالانسی اتم‌های غیرفلز و شعاع اتم‌های گاز نجیب تقسیم می‌شوند. آنها به عنوان نیمی از فاصله بین لایه های اتم در کریستال های مواد ساده مربوطه (شکل 2.1) با روش های پراش اشعه ایکس یا نوترون تعریف می شوند.

برنج. 2.1. در تعریف مفهوم "شعاع اتم"

در حالت کلی، شعاع یک اتم نه تنها به ماهیت اتم ها، بلکه به ماهیت پیوند شیمیایی بین آنها، وضعیت تجمع، دما و تعدادی از عوامل دیگر نیز بستگی دارد. این شرایط بار دیگر به نسبیت مفهوم "شعاع اتم" اشاره می کند. اتم ها توپ های تراکم ناپذیر و بی حرکت نیستند، آنها همیشه در حرکت چرخشی و نوسانی شرکت می کنند. روی میز. 2.1 و 2.2 مقادیر شعاع اتمی برخی فلزات و شعاع کووالانسی اتم های غیر فلزی را نشان می دهد.

جدول 2.1

شعاع اتمی برخی فلزات

فلز	r a, pm	فلز	r a, pm
لی		Rb
بودن		پدر
Na		Y
میلی گرم		Zr
ال		Nb
ک		مو
حدود		تی سی
sc		Ru
Ti		Rh
V		Pd
Cr		Ag
مو		سی دی
Fe		که در
شرکت		Cs
نی		با
مس		لا
روی		hf

جدول 2.2

شعاع کووالانسی اتم های غیر فلزی

شعاع اتم های گازهای نجیب بسیار بزرگتر از شعاع اتم های غیر فلزات دوره های مربوطه است (جدول 2.2)، زیرا در بلورهای گازهای نجیب برهمکنش بین اتمی بسیار ضعیف است.

گاز هی ن آر کر خزه

r a , pm 122 160 191 201 220

البته مقیاس شعاع یونی نمی تواند بر اساس همان اصول مقیاس شعاع اتمی باشد. علاوه بر این، به طور دقیق، هیچ ویژگی یک یون فردی را نمی توان به طور عینی تعیین کرد. بنابراین، چندین مقیاس از شعاع یونی وجود دارد، همه آنها نسبی هستند، یعنی بر اساس فرضیات خاصی ساخته شده اند. مقیاس مدرن شعاع یونی بر این فرض استوار است که مرز بین یون‌ها نقطه حداقل چگالی الکترون در خطی است که مراکز یون‌ها را به هم متصل می‌کند. روی میز. 2.3 مقادیر شعاع برخی از یون ها را نشان می دهد.

جدول 2.3

شعاع برخی از یون ها

و او	من بعد از ظهر	و او	من، بعد از ظهر
لی +		Mn2+
2+ باشید		Mn4+
B3+		Mn7+
C4+		Fe2+
N 5+		Fe3+
O 2-		Co2+
F-		Co3+
Na+		Ni2+
Mg2+		مس +
Al 3+		Cu2+
Si 4+		Br-
P5+		ماه 6+
S 2 –		Tc 7+
Cl-		Ag+
Cl5+		من-
Cl7+		Ce 3+
CR 6+		Nd 3+
		Lu 3+

قانون تناوبی منجر به نظم های زیر در تغییر شعاع اتمی و یونی می شود.

1) در دوره هایی از چپ به راست به طور کلی، شعاع اتم کاهش می یابد، اگرچه به طور ناهموار، سپس در انتها به شدت در اتم گاز نجیب افزایش می یابد.

2) در زیر گروه ها، از بالا به پایین، افزایش شعاع اتم رخ می دهد: در زیرگروه های اصلی بیشتر و در گروه های ثانویه کمتر قابل توجه است. توضیح این الگوها از نقطه نظر ساختار الکترونیکی اتم آسان است. در یک دوره، هنگام عبور از عنصر قبلی به عنصر بعدی، الکترون ها به همان لایه و حتی به همان پوسته می روند. بار فزاینده هسته منجر به جذب قوی تر الکترون ها به هسته می شود که با دفع متقابل الکترون ها جبران نمی شود. در زیرگروه‌ها، افزایش تعداد لایه‌های الکترونی و غربال کردن جاذبه به هسته الکترون‌های خارجی توسط لایه‌های عمیق منجر به افزایش شعاع اتم می‌شود.

3) شعاع کاتیون از شعاع اتم کمتر است و با افزایش بار کاتیون کاهش می یابد، به عنوان مثال:

4) شعاع آنیون بزرگتر از شعاع اتم است، به عنوان مثال:

5) در دوره ها، شعاع یون های عناصر d با همان بار به تدریج کاهش می یابد، این به اصطلاح فشرده سازی d است، برای مثال:

6) یک پدیده مشابه برای یون های عناصر f مشاهده می شود - در دوره ها، شعاع یون های عناصر f با همان بار به تدریج کاهش می یابد، این به اصطلاح فشرده سازی f است، به عنوان مثال:

7) شعاع یون های یک نوع (دارای یک "تاج" الکترونیکی مشابه) در زیر گروه ها به تدریج افزایش می یابد، به عنوان مثال:

8) اگر یون های مختلف تعداد الکترون های یکسانی داشته باشند (به آنها ایزوالکترونیک می گویند)، اندازه این یون ها به طور طبیعی توسط بار هسته یون تعیین می شود. کوچکترین یون یونی خواهد بود که بیشترین بار هسته ای را دارد. به عنوان مثال، یون های Cl -، S 2-، K +، Ca 2+ دارای تعداد یکسانی الکترون هستند (18)، اینها یون های ایزوالکترونیک هستند. کوچکترین آنها یون کلسیم خواهد بود، زیرا دارای بیشترین بار هسته ای (20+) و بزرگترین آنها یون S2- است که دارای کوچکترین بار هسته ای (16+) است. بنابراین، الگوی زیر ظاهر می شود: شعاع یون های ایزوالکترونیک با افزایش بار یون کاهش می یابد.

قدرت نسبی اسیدها و بازها (طرح کوسل)

تمام اسیدها و بازهای اکسیژن حاوی قطعه En+ - O 2– - H + در مولکول های خود هستند. به خوبی شناخته شده است که تفکیک یک ترکیب به یک نوع اسیدی یا بازی به حالت اکسیداسیون (به طور دقیق تر، به ظرفیت) اتم عنصر مربوط می شود. فرض کنید پیوند در این قطعه کاملاً یونی است. این یک تقریب نسبتاً تقریبی است، زیرا با افزایش ظرفیت یک اتم، قطبیت پیوندهای آن به طور قابل توجهی ضعیف می شود (به فصل 3 مراجعه کنید).

در این قطعه صلب که از یک مولکول اکسی اسید یا باز جدا شده است، محل برش و تفکیک پیوند، به ترتیب، با آزاد شدن یک پروتون یا آنیون هیدروکسیل، با بزرگی برهمکنش بین En+ و O تعیین خواهد شد. 2- یون ها هرچه این برهمکنش قوی‌تر باشد و با افزایش بار یونی (حالت اکسیداسیون) و کاهش شعاع آن افزایش یابد، احتمال شکستن پیوند O-H و تفکیک نوع اسید بیشتر است. بدین ترتیب، قدرت اسیدهای اکسیژن با افزایش حالت اکسیداسیون اتم یک عنصر و کاهش شعاع یون آن افزایش می یابد. .

توجه داشته باشید که از این پس، قویتر از این دو، الکترولیت است که در همان غلظت مولی در محلول، درجه تفکیک بالاتری دارد. ما تأکید می کنیم که دو عامل در طرح Kossel تجزیه و تحلیل می شوند: درجه اکسیداسیون (بار یون) و شعاع یون.

به عنوان مثال، شما باید دریابید که کدام یک از این دو اسید قوی تر است - سلنیک H 2 SeO 4 یا سلنیک H 2 SeO 3. در H 2 SeO 4، حالت اکسیداسیون اتم سلنیوم (6+) بیشتر از اسید سلنیوم (4+) است. در عین حال، شعاع یون Se 6+ کمتر از شعاع یون Se 4+ است. در نتیجه، هر دو عامل نشان می‌دهند که اسید سلنیک قوی‌تر از اسید سلنیک است.

مثال دیگر اسید پرمنگانیک (HMnO 4) و رنیم (HReO 4) است. حالت های اکسیداسیون اتم های منگنز و ری در این ترکیبات یکسان است (7+) بنابراین باید شعاع یون های Mn 7+ و Re 7+ را با هم مقایسه کرد. از آنجایی که شعاع یون‌های مشابه در زیرگروه افزایش می‌یابد، نتیجه می‌گیریم که شعاع یون Mn 7+ کوچک‌تر است، به این معنی که اسید منگنز قوی‌تر است.

وضعیت پایگاه ها برعکس خواهد بود. استحکام پایه ها با کاهش حالت اکسیداسیون اتم یک عنصر و افزایش شعاع یون آن افزایش می یابد. . از این رو، اگر همان عنصر پایه های مختلفی تشکیل دهد، به عنوان مثال، EON و E (OH) 3، آنگاه دومین آنها ضعیف تر از اولی خواهد بود، زیرا حالت اکسیداسیون در حالت اول کمتر است و شعاع E یون + بزرگتر از شعاع یون E 3 + است. در زیر گروه ها استحکام پایه های هم نوع افزایش می یابد. به عنوان مثال، قوی ترین پایه هیدروکسید قلیایی FrOH و ضعیف ترین آن LiOH خواهد بود. بار دیگر تاکید می کنیم که ما در مورد مقایسه درجات تفکیک الکترولیت های مربوطه صحبت می کنیم و به سوال قدرت مطلق الکترولیت دست نزنیم.

ما هنگام در نظر گرفتن قدرت نسبی اسیدهای آنوکسیک از همین رویکرد استفاده می کنیم. قطعه E n– – H + موجود در مولکول های این ترکیبات با یک پیوند یونی جایگزین می شود:

البته قدرت برهمکنش بین این یون ها با بار یون (وضعیت اکسیداسیون اتم عنصر) و شعاع آن تعیین می شود. با در نظر گرفتن قانون کولمب، به آن می رسیم قدرت اسیدهای بدون اکسیژن با کاهش در حالت اکسیداسیون اتم یک عنصر و افزایش شعاع یون آن افزایش می یابد. .

قدرت اسیدهای بدون اکسیژن در محلول در یک زیر گروه، به عنوان مثال، اسیدهای هیدروهالیک افزایش می یابد، زیرا با همان حالت اکسیداسیون یک اتم یک عنصر، شعاع یون آن افزایش می یابد.

یکی از مهمترین ویژگی های عناصر شیمیایی که در تشکیل پیوند شیمیایی نقش دارند، اندازه یک اتم (یون) است: با افزایش آن، استحکام پیوندهای بین اتمی کاهش می یابد. اندازه یک اتم (یون) معمولاً با مقدار شعاع یا قطر آن تعیین می شود. از آنجایی که یک اتم (یون) مرزهای واضحی ندارد، مفهوم "شعاع اتمی (یونی)" به این معنی است که 90-98٪ از چگالی الکترون یک اتم (یون) در کره این شعاع قرار دارد. دانستن مقادیر شعاع های اتمی (یونی) تخمین فواصل بین هسته ای در کریستال ها (یعنی ساختار این بلورها) را ممکن می سازد، زیرا برای بسیاری از مسائل می توان کوتاه ترین فاصله بین هسته اتم ها (یون ها) را در نظر گرفت. مجموع شعاع اتمی (یونی) آنها، اگرچه چنین افزایشی تقریبی است و در همه موارد برآورده نمی شود.

زیر شعاع اتمیعنصر شیمیایی (درباره شعاع یونی، در زیر) که در تشکیل یک پیوند شیمیایی نقش دارد، در حالت کلی، توافق کردند که نیمی از فاصله بین هسته‌ای تعادل بین نزدیک‌ترین اتم‌ها در شبکه بلوری عنصر را درک کنند. این مفهوم، که بسیار ساده است اگر اتم ها (یون ها) را به عنوان کره های صلب در نظر بگیریم، در واقع پیچیده و اغلب مبهم است. شعاع اتمی (یونی) یک عنصر شیمیایی مقدار ثابتی نیست، بلکه بسته به عوامل متعددی متفاوت است که مهمترین آنها نوع پیوند شیمیایی است.

و شماره هماهنگی

اگر همان اتم (یون) در کریستال های مختلف انواع مختلفی از پیوندهای شیمیایی را تشکیل دهد، آنگاه چندین شعاع - کووالانسی در یک کریستال با پیوند کووالانسی خواهد داشت. یونی در کریستال با پیوند یونی؛ فلز در فلز؛ واندروالس در یک کریستال مولکولی. تاثیر نوع پیوند شیمیایی را می توان در مثال زیر مشاهده کرد. در الماس، هر چهار پیوند شیمیایی کووالانسی هستند و تشکیل می شوند sp 3-هیبرید، بنابراین هر چهار همسایه یک اتم معین روی یک و

به همان فاصله از آن د= 1.54 A˚) و شعاع کووالانسی کربن در الماس خواهد بود

برابر با 0.77 A˚ است. در یک کریستال آرسنیک، فاصله بین اتم های محدود شده توسط پیوندهای کووالانسی ( د 1 = 2.52 A˚)، بسیار کمتر از بین اتم های محدود شده توسط نیروهای واندروالس ( د 2 = 3.12 A˚)، بنابراین As دارای شعاع کووالانسی 1.26 A˚ و واندروالس 1.56 A˚ خواهد بود.

شعاع اتمی (یونی) نیز با تغییر در عدد هماهنگی بسیار شدید تغییر می کند (این را می توان در طول تبدیل چند شکلی عناصر مشاهده کرد). هرچه عدد هماهنگی کوچکتر باشد، درجه پر شدن فضا با اتم ها (یون ها) کمتر و فواصل بین هسته ای کمتر می شود. افزایش تعداد هماهنگی همیشه با افزایش فواصل بین هسته ای همراه است.

از مطالب فوق چنین برمی‌آید که شعاع اتمی (یونی) عناصر مختلف که در تشکیل پیوند شیمیایی دخیل هستند، تنها زمانی قابل مقایسه هستند که بلورهایی را تشکیل دهند که در آنها همان نوع پیوند شیمیایی وجود داشته باشد، و این عناصر در بلورهای تشکیل‌شده دارای همان شماره های هماهنگی .

اجازه دهید ویژگی های اصلی شعاع اتمی و یونی را با جزئیات بیشتری در نظر بگیریم.

زیر شعاع کووالانسی عناصرمرسوم است که نیمی از فاصله بین هسته‌ای تعادل بین نزدیک‌ترین اتم‌هایی که با پیوند کووالانسی متصل شده‌اند را درک کنیم.

یکی از ویژگی های شعاع های کووالانسی ثبات آنها در "ساختارهای کووالانسی" مختلف با عدد هماهنگی یکسان است. ز j. علاوه بر این، شعاع های کووالانسی، به عنوان یک قاعده، به صورت افزایشی به یکدیگر پیوند می خورند، یعنی فاصله A-B نصف مجموع فاصله های A-A و B-B در حضور پیوندهای کووالانسی و همان است. اعداد هماهنگی در هر سه ساختار.

شعاع های کووالانسی نرمال، چهار وجهی، هشت وجهی، درجه دوم و خطی وجود دارد.

شعاع کووالانسی معمولی یک اتم مطابق با حالتی است که یک اتم به همان اندازه پیوند کووالانسی تشکیل می دهد که با جایگاه خود در جدول تناوبی مطابقت دارد: برای کربن - 2، برای نیتروژن - 3 و غیره. این منجر به مقادیر مختلف می شود. شعاع نرمال بسته به تعدد (ترتیب) پیوندها (پیوند تک، دو، سه گانه). اگر پیوند با همپوشانی ابرهای الکترونی ترکیبی ایجاد شود، آنگاه از چهار وجهی صحبت می کنند.

(ز k = 4، sp 3-اوربیتال های هیبریدی)، هشت وجهی ( ز k = 6، د 2sp 3-اوربیتال های هیبریدی)، درجه دوم ( ز k = 4، dspاوربیتال های 2-هیبرید)، خطی ( ز k = 2، sp-اوربیتال های هیبریدی) شعاع های کووالانسی.

دانستن موارد زیر در مورد شعاع های کووالانسی مفید است (مقادیر شعاع های کووالانسی برای تعدادی از عناصر آورده شده است).

1. شعاع کووالانسی را بر خلاف یونی نمی توان به شعاع اتم هایی که شکل کروی دارند تعبیر کرد. شعاع های کووالانسی فقط برای محاسبه فواصل بین هسته ای بین اتم های متحد شده توسط پیوندهای کووالانسی استفاده می شود و در مورد فاصله بین اتم های از همان نوع که پیوند کووالانسی ندارند چیزی نمی گویند.

2. مقدار شعاع کووالانسی با تعدد پیوند کووالانسی تعیین می شود. یک پیوند سه گانه کوتاهتر از یک پیوند دوگانه است، که به نوبه خود کوتاهتر از یک پیوند است، بنابراین شعاع کووالانسی یک پیوند سه گانه کوچکتر از شعاع کووالانسی یک پیوند دوگانه است که کوچکتر است.

تنها. باید در نظر داشت که ترتیب تعدد رابطه لازم نیست یک عدد صحیح باشد. همچنین اگر پیوند رزونانس باشد، می تواند کسری باشد (مولکول بنزن، ترکیب Mg2 Sn، در زیر ببینید). در این مورد، شعاع کووالانسی دارای یک مقدار میانی بین مقادیر مربوط به مرتبه های صحیح تعدد پیوند است.

3. اگر پیوند ماهیت کووالانسی-یونی مختلط، اما با درجه بالایی از جزء کووالانسی پیوند باشد، می توان مفهوم شعاع کووالانسی را معرفی کرد، اما تأثیر جزء یونی پیوند بر آن ارزش را نمی توان نادیده گرفت در برخی موارد، این اثر می تواند منجر به کاهش قابل توجهی در شعاع کووالانسی شود، گاهی اوقات تا 0.1 A˚. متأسفانه تلاش برای پیش بینی میزان این اثر در موارد مختلف است

موارد هنوز موفقیت آمیز نبوده است.

4. مقدار شعاع کووالانسی بستگی به نوع اوربیتال های هیبریدی دارد که در تشکیل پیوند کووالانسی شرکت می کنند.

شعاع یونیالبته، نمی توان نیمی از مجموع فاصله بین هسته های نزدیکترین یون ها را تعریف کرد، زیرا، به عنوان یک قاعده، اندازه کاتیون ها و آنیون ها به شدت متفاوت است. علاوه بر این، تقارن یون ها ممکن است تا حدودی با کروی متفاوت باشد. با این وجود، برای کریستال های یونی واقعی زیر شعاع یونیمرسوم است که شعاع توپ را که تقریباً یون است، درک کنیم.

شعاع یونی برای تخمین تقریبی فواصل بین هسته ای در بلورهای یونی استفاده می شود. فرض بر این است که فاصله بین نزدیکترین کاتیون و آنیون برابر است با مجموع شعاع یونی آنها. خطای معمولی در تعیین فواصل بین هسته ای بر حسب شعاع یونی در چنین بلورهایی ≈0.01 A˚ است.

چندین سیستم از شعاع یونی وجود دارد که در مقادیر شعاع یونی یون‌های منفرد متفاوت است، اما به فاصله‌های بین هسته‌ای تقریباً یکسانی منجر می‌شود. اولین کار در مورد تعیین شعاع یونی توسط V. M. Goldshmit در دهه 1920 انجام شد. نویسنده در آن، از یک سو، از فواصل بین هسته‌ای در بلورهای یونی اندازه‌گیری شده با آنالیز ساختاری اشعه ایکس، و از سوی دیگر، از مقادیر شعاع یونی F– و O2– که توسط

روش انکسار سنجی بیشتر سیستم‌های دیگر نیز به فواصل بین هسته‌ای در کریستال‌ها که با روش‌های پراش تعیین می‌شوند و بر روی برخی مقادیر «مرجع» شعاع یونی یک یون خاص متکی هستند. در شناخته شده ترین سیستم

پالینگ، این مقدار مرجع شعاع یونی یون پراکسید O2- برابر است با

1.40A˚. این مقدار برای O2- به خوبی با محاسبات نظری مطابقت دارد. در سیستم G. B. Bokiya و N. V. Belov که یکی از قابل اعتمادترین ها محسوب می شود، شعاع یونی O2– برابر با 1.36 A˚ در نظر گرفته شده است.

در دهه‌های 1970 و 1980، تلاش‌هایی برای تعیین مستقیم شعاع یون‌ها با اندازه‌گیری چگالی الکترون با استفاده از آنالیز ساختاری اشعه ایکس انجام شد، مشروط بر اینکه حداقل چگالی الکترون در خط اتصال هسته‌ها به عنوان مرز یون‌ها در نظر گرفته شود. . معلوم شد که این روش مستقیم منجر به بیش از حد تخمین زده شدن مقادیر شعاع یونی کاتیون ها و به دست کم گرفتن مقادیر شعاع یونی آنیون ها می شود. علاوه بر این، مشخص شد که مقادیر شعاع یونی تعیین شده با روش مستقیم نمی تواند از یک ترکیب به ترکیب دیگر منتقل شود و انحرافات از افزایش بسیار زیاد است. بنابراین، چنین شعاع یونی برای پیش بینی فواصل بین هسته ای استفاده نمی شود.

دانستن موارد زیر در مورد شعاع یونی مفید است (در جداول زیر مقادیر شعاع یونی مطابق با Bokiy و Belov آورده شده است).

1. شعاع یونی برای یون های یک عنصر بسته به بار آن متفاوت است و برای همان یون به عدد هماهنگی بستگی دارد. بسته به عدد هماهنگی، شعاع های یونی چهار وجهی و هشت وجهی متمایز می شوند.

2. داخل یک ردیف عمودی، به طور دقیق تر، داخل یک گروه، دوره ای

در سیستم، شعاع یون های با بار یکسان با افزایش تعداد اتمی عنصر افزایش می یابد، زیرا تعداد پوسته های اشغال شده توسط الکترون ها و در نتیجه اندازه یون افزایش می یابد.

شعاع، A˚

3. برای یون های دارای بار مثبت اتم های همان دوره، شعاع یونی به سرعت با افزایش بار کاهش می یابد. کاهش سریع با عمل دو عامل اصلی در یک جهت توضیح داده می شود: جاذبه قوی الکترون های "خود" توسط کاتیون، که بار آن با افزایش عدد اتمی افزایش می یابد. افزایش قدرت برهمکنش بین کاتیون و آنیون های اطراف آن با افزایش بار کاتیون.

شعاع، A˚

4. برای یون های بار منفی اتم های همان دوره، شعاع یونی با افزایش بار منفی افزایش می یابد. دو عامل مورد بحث در پاراگراف قبل در این مورد در جهت مخالف عمل می کنند و عامل اول غالب است (افزایش بار منفی آنیون با افزایش شعاع یونی آن همراه است) بنابراین افزایش شعاع یونی با افزایش بار منفی بسیار کندتر از کاهش در مورد قبلی اتفاق می افتد.

شعاع، A˚

5. برای همان عنصر، یعنی با همان پیکربندی الکترونیکی اولیه، شعاع کاتیون کمتر از آنیون است. این به دلیل کاهش جذب الکترون های "اضافی" خارجی به هسته آنیون و افزایش اثر غربالگری به دلیل الکترون های داخلی است (کاتیون دارای کمبود الکترون است، در حالی که آنیون دارای اضافی است).

شعاع، A˚

6. اندازه یون های با بار یکسان از تناوب جدول تناوبی پیروی می کنند. با این حال، مقدار شعاع یونی متناسب با بار هسته نیست ز، که به دلیل جاذبه قوی الکترون ها توسط هسته است. علاوه بر این، لانتانیدها و اکتینیدها که در سری آنها شعاع اتم ها و یون های با بار یکسان افزایش نمی یابد، اما با افزایش عدد اتمی کاهش می یابد (به اصطلاح انقباض لانتانید و انقباض اکتینید)، از وابستگی دوره ای استثنا هستند. .11

11 انقباض لانتانید و انقباض اکتینید به این دلیل است که در لانتانیدها و اکتینیدها، الکترون ها با افزایش عدد اتمی اضافه می شوند. داخلی دو f- پوسته هایی با عدد کوانتومی اصلی کمتر از عدد کوانتومی اصلی یک دوره معین. در عین حال، طبق محاسبات مکانیک کوانتومی در دو به خصوص در fبیان می کند، الکترون بسیار نزدیکتر از هسته به هسته است سو پحالات یک دوره معین با یک عدد کوانتومی بزرگ، بنابراین دو f-الکترون ها در نواحی داخلی اتم قرار دارند، اگرچه پر شدن این حالات با الکترون (ما در مورد سطوح الکترونیکی در فضای انرژی صحبت می کنیم) به طور متفاوتی اتفاق می افتد.

شعاع های فلزیبرابر با نیمی از کوتاه ترین فاصله بین هسته اتم ها در ساختار تبلور یک عنصر فلزی در نظر گرفته می شوند. آنها به شماره هماهنگی بستگی دارند. اگر شعاع فلزی هر عنصر را در ز k \u003d 12 در هر واحد، سپس با ز k = 8، 6 و 4 شعاع فلزی همان عنصر به ترتیب 0.98 خواهد بود. 0.96; 0.88. شعاع های فلزی خاصیت افزایشی دارند. دانستن مقادیر آنها، پیش بینی تقریباً پارامترهای شبکه های کریستالی ترکیبات بین فلزی را ممکن می سازد.

شعاع اتمی فلزات با ویژگی های زیر مشخص می شود (داده های مربوط به مقادیر شعاع اتمی فلزات را می توان در آن یافت).

1. شعاع اتمی فلزی فلزات واسطه معمولاً کوچکتر از شعاع اتمی فلزی فلزات غیرگذر است که نشان دهنده استحکام پیوند بیشتر در فلزات واسطه است. این ویژگی به این دلیل است که فلزات گروه های انتقالی و فلزات نزدیک به آنها در سیستم تناوبی دارای الکترونیک هستند. د-پوسته ها و الکترون ها در د- دولت ها می توانند در تشکیل پیوند شیمیایی شرکت کنند. تقویت پیوند ممکن است تا حدی به دلیل ظاهر یک جزء کووالانسی پیوند و تا حدی به دلیل برهمکنش واندروالسی هسته های یونی باشد. به عنوان مثال، در بلورهای آهن و تنگستن، الکترون ها در د- دولت ها سهم قابل توجهی در انرژی اتصال دارند.

2. در یک گروه عمودی، با حرکت از بالا به پایین، شعاع اتمی فلزات افزایش می یابد که به دلیل افزایش متوالی تعداد الکترون ها است (تعداد پوسته های اشغال شده توسط الکترون ها افزایش می یابد).

3. در یک دوره، به طور دقیق تر، از فلز قلیایی شروع به وسط گروه فلزات واسطه، در جهت از چپ به راست، شعاع فلز اتمی کاهش می یابد. در همین ترتیب، بار الکتریکی هسته اتم افزایش می یابد و تعداد الکترون های لایه ظرفیت افزایش می یابد. با افزایش تعداد الکترون های اتصال در هر اتم، پیوند فلزی تقویت می شود و در عین حال، به دلیل افزایش بار هسته، جاذبه الکترون های هسته (داخلی) توسط هسته افزایش می یابد، بنابراین مقدار شعاع اتمی فلزی کاهش می یابد.

4. فلزات واسطه گروه VII و VIII از همان دوره در تقریب اول تقریباً شعاع فلزی یکسانی دارند. ظاهراً وقتی صحبت از عناصری می شود که 5 یا بیشتر دارند د-الکترون ها، افزایش بار هسته ای و اثرات مرتبط با جاذبه الکترون های هسته که منجر به کاهش شعاع فلزی اتمی می شود، با اثرات ناشی از افزایش تعداد الکترون ها در اتم (یون) جبران می شود. در تشکیل یک پیوند فلزی شرکت می کند و منجر به افزایش شعاع فلزی می شود (افزایش تعداد حالت های اشغال شده توسط الکترون ها).

5. افزایش شعاع (نگاه کنید به بند 2) برای عناصر انتقال، که در طول انتقال از دوره چهارم به دوره پنجم رخ می دهد، برای عناصر انتقال در

انتقال از دوره پنجم به دوره ششم؛ شعاع اتمی فلزی عناصر مربوطه (مقایسه عمودی) در این دو دوره اخیر تقریباً یکسان است. ظاهراً این به این دلیل است که عناصر واقع در بین آنها با عمق نسبتاً عمیق تکمیل شده است f- پوسته، بنابراین افزایش بار هسته و اثرات جاذبه مرتبط با آن بسیار مهمتر از اثرات مرتبط با افزایش تعداد الکترونها (انقباض لانتانید) است.

عنصر از 4 دوره

شعاع، A˚

عنصر از دوره 5

شعاع، A˚

عنصر از دوره 6

شعاع، A˚

6. معمولاً شعاع های فلزی بسیار بزرگتر از شعاع های یونی هستند، اما تفاوت چندانی با شعاع های کووالانسی عناصر مشابه ندارند، اگرچه بدون استثنا همه آنها بزرگتر از شعاع های کووالانسی هستند. تفاوت زیاد در مقادیر شعاع اتمی و یونی فلزی همان عناصر با این واقعیت توضیح داده می شود که پیوندی که منشأ خود را مدیون الکترون های رسانای تقریبا آزاد است، قوی نیست (از این رو فواصل بین اتمی نسبتاً بزرگ مشاهده شده در شبکه فلزی). اگر پیوند فلزی را به عنوان پیوند کووالانسی "رزونانسی" ویژه در نظر بگیریم، تفاوت قابل توجهی کمتر در مقادیر شعاع فلزی و کووالانسی عناصر مشابه را می توان توضیح داد.

زیر شعاع واندروالسمرسوم است که نیمی از فاصله بین هسته ای تعادل بین نزدیکترین اتم های متصل شده توسط پیوند واندروالسی را درک کنیم. شعاع واندروالس اندازه موثر اتم های گاز نجیب را تعیین می کند. علاوه بر این، همانطور که از تعریف به دست می آید، شعاع اتمی واندروالس را می توان نیمی از فاصله بین هسته ای بین نزدیکترین اتم های همنام در نظر گرفت که توسط یک پیوند واندروالسی به هم متصل شده و متعلق به مولکول های مختلف است (به عنوان مثال، در کریستال های مولکولی). هنگامی که اتم ها در فاصله ای کمتر از مجموع شعاع های واندروالس خود به یکدیگر نزدیک می شوند، یک دافعه بین اتمی قوی رخ می دهد. بنابراین، شعاع اتمی واندروالس حداقل تماس های مجاز اتم های متعلق به مولکول های مختلف را مشخص می کند. داده‌های مربوط به مقادیر شعاع اتمی واندروالس برای برخی اتم‌ها را می‌توان در).

دانستن شعاع اتمی واندروالس، تعیین شکل مولکول ها و بسته بندی آنها در بلورهای مولکولی را ممکن می سازد. شعاع‌های واندروالس بسیار بزرگ‌تر از تمام شعاع‌های عناصر ذکر شده در بالا هستند، که با ضعف نیروهای واندروالسی توضیح داده می‌شود.

ویژگی های شرطی یون های مورد استفاده برای تخمین تقریبی فواصل بین هسته ای در بلورهای یونی (به شعاع یونی مراجعه کنید). ارزش های I.r. به طور طبیعی با موقعیت عناصر در سیستم تناوبی مندلیف مرتبط هستند. آی آر به طور گسترده ای در شیمی کریستال (نگاه کنید به شیمی کریستال) استفاده می شود، که امکان آشکارسازی الگوهای ساختار بلورهای ترکیبات مختلف، در ژئوشیمی (نگاه کنید به ژئوشیمی) در مطالعه پدیده جایگزینی یون ها در فرآیندهای ژئوشیمیایی و غیره را فراهم می کند. .

چندین سیستم از مقادیر I. ارائه شده است. این سیستم ها معمولاً بر اساس مشاهدات زیر هستند: تفاوت بین فواصل بین هسته ای A - X و B - X در کریستال های یونی با ترکیب AX و BX که در آن A و B یک فلز هستند، X یک غیرفلز است، عملا این کار را انجام می دهد. هنگامی که X با غیر فلز دیگری مشابه آن جایگزین می شود (به عنوان مثال، هنگام جایگزینی کلر با برم)، اگر تعداد هماهنگی یون های مشابه در نمک های مقایسه شده یکسان باشد، تغییر نمی کند. از این نتیجه می شود که I. p. دارای خاصیت افزایشی است، یعنی اینکه فواصل بین هسته ای تعیین شده تجربی را می توان به عنوان مجموع "شعاع" متناظر یون ها در نظر گرفت. تقسیم این مبلغ به شرایط همیشه بر اساس فرضیات کم و بیش دلخواه است. سیستم های I.R. پیشنهاد شده توسط نویسندگان مختلف عمدتاً در استفاده از مفروضات اولیه مختلف متفاوت است.

جداول I. p. مربوط به مقادیر مختلف عدد اکسید کننده را نشان می دهد (نگاه کنید به ظرفیت). با مقادیری غیر از 1+، عدد اکسیداسیون با درجه یونیزاسیون واقعی اتم ها مطابقت ندارد و I. p. معنای متعارف تری پیدا می کند، زیرا پیوند می تواند تا حد زیادی ماهیت کووالانسی داشته باشد. ارزش های I.r. (در Å) برای برخی از عناصر (طبق نظر N.V. Belov و G.B. Bokiy): 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، 0.91 La.

V. L. Kireev.

• - سیستم های فوق مولکولی غشای یک سلول زنده و اندامک های آن که ماهیت لیپوپروتئینی دارند و الکتورت را فراهم می کنند. عبور از تفاوت یون ها از طریق غشاء Naib، کانال های یون های Na+، K+، Ca2+ رایج هستند...
• - ساختارهای مولکولی تعبیه شده در بیول. غشاها و انتقال یون ها به سمت یک الکتروشیمیایی بالاتر. پتانسیل...

  فرهنگ لغت دایره المعارف زیستی

• - ویژگی های اتم ها، به شما این امکان را می دهد که فواصل بین اتمی را در مولکول ها و کریستال ها تخمین بزنید ...

  دایره المعارف فیزیکی

• - ویژگی های موثر اتم ها، به شما این امکان را می دهد که فاصله بین اتمی را در مولکول ها و کریستال ها تخمین بزنید ...

  دایره المعارف شیمی

• - کریستالی in-va که در آن چسبندگی بین ذرات به دلیل پریم است. پیوندهای یونی ...

  دایره المعارف شیمی

• - از دو یون با بار مخالف تشکیل شده است که به صورت الکترواستاتیک نگه داشته می شوند. نیروها، پراکندگی، دوقطبی یون یا برخی از فعل و انفعالات دیگر ...

  دایره المعارف شیمی

• - رجوع به شعاع اتمی شود...

  دایره المعارف شیمی

• - رجوع به شعاع اتمی شود...

  دایره المعارف شیمی

• - دستگاه های یونی همان دستگاه های تخلیه گاز هستند ...

  دایره المعارف فناوری

• - سیستم اندازه اتمی پیشنهاد شده توسط لبدف در سال 1966 ...

  دایره المعارف زمین شناسی

• - همانند دستگاه های تخلیه گاز ...

  فرهنگ لغت پلی تکنیک دایره المعارفی بزرگ

• - ویژگی های اتم ها، به شما امکان می دهد فاصله بین اتمی را در مواد تخمین بزنید ...
• - کریستال هایی که در آنها چسبندگی ذرات عمدتاً به دلیل پیوندهای شیمیایی یونی است. I. to. می تواند از هر دو یون تک اتمی و چند اتمی تشکیل شده باشد ...

  دایره المعارف بزرگ شوروی

• - ویژگی های شرطی یون های مورد استفاده برای ارزیابی تقریبی فواصل بین هسته ای در بلورهای یونی ...

  دایره المعارف بزرگ شوروی

• - ویژگی هایی که تخمین تقریبی فواصل بین اتمی را در مولکول ها و کریستال ها ممکن می سازد. به طور عمده از داده های تجزیه و تحلیل ساختاری اشعه ایکس ...
• - مشخصات فواصل بین هسته کاتیون ها و آنیون ها در بلورهای یونی ...

  فرهنگ لغت دایره المعارفی بزرگ

«شعاع یونی» در کتاب ها

باتری های لیتیوم یونی

برگرفته از کتاب شهروند سابق در روستا. بهترین دستور العمل ها برای زندگی در کشور نویسنده کاشکروف آندری

باتری های لیتیوم یون باتری های لیتیوم یون (Li-Ion) عملکرد خوبی در دماهای پایین نشان می دهند. اکثر سازندگان این نوع باتری را تا 20- درجه سانتیگراد مشخص می کنند، در حالی که تحت بار سبک باتری ها می توانند تا 70 درصد ظرفیت خود را در

P3.4. نحوه نگهداری باتری های لیتیوم یون لپ تاپ چند توصیه

برگرفته از کتاب لوله کش، سازنده و برق آپارتمان مدرن نویسنده کاشکروف آندری پتروویچ

P3.4. نحوه نگهداری باتری های لیتیوم یون لپ تاپ چند توصیه باتری ها را باید در حالت شارژ در دمای بین 15+ تا 35+ درجه سانتی گراد در رطوبت معمولی هوا نگهداری کرد. با گذشت زمان، باتری کمی خود تخلیه می شود، حتی اگر جدا از آن ذخیره شود

شعاع اتمی

از کتاب دایره المعارف بزرگ شوروی (AT) نویسنده TSB

کریستال های یونی

TSB

دستگاه های یونی

از کتاب دایره المعارف بزرگ شوروی (IO) نویسنده TSB

شعاع یونی

از کتاب دایره المعارف بزرگ شوروی (IO) نویسنده TSB

2.4.1. باتری های لیتیوم یونی

از کتاب نویسنده

2.4.1. باتری‌های لیتیوم یون باتری‌های لیتیوم یونی در بازار تلفن‌های همراه جا افتاده‌اند. این به دلیل مزایای آنها است، مانند: چگالی انرژی الکتریکی بالا (دو برابر باتری NiCd با همان اندازه، و بنابراین دو برابر کوچکتر

تاسیسات یونی و لیزری

برگرفته از کتاب قوانین نصب تاسیسات برقی در پرسش و پاسخ [راهنمای مطالعه و آمادگی برای آزمون دانش] نویسنده کراسنیک والنتین ویکتورویچ

سوال تاسیسات یونی و لیزری. چیدمان و قرار دادن تاسیسات یونی و لیزری چگونه باید باشد؟پاسخ. آنها باید مونتاژ شوند و بلوک های موجود در آنها باید با در نظر گرفتن اقداماتی که ایمنی نویز مدارهای کنترل و اندازه گیری اینها را تضمین می کند قرار داده شوند.

باتری های لیتیوم یون (Li-Ion).

برگرفته از کتاب منابع برق و شارژرهای نویسنده

باتری های لیتیوم یون (Li-Ion) لیتیوم سبک ترین فلز است، اما پتانسیل الکتروشیمیایی بسیار منفی نیز دارد. با توجه به این، لیتیوم با بالاترین انرژی الکتریکی خاص تئوری مشخص می شود. منابع ثانویه