Problem promieni jonów jest jednym z głównych problemów chemii teoretycznej i samych terminów „promień jonowy" I " promień kryształu”, charakteryzujące się odpowiednimi rozmiarami, są konsekwencją modelu struktury jonowo-kowalencyjnej. Problematyka promieni rozwija się przede wszystkim w ramach chemii strukturalnej (chemii krystalicznej).
Koncepcja ta znalazła eksperymentalne potwierdzenie po odkryciu dyfrakcji promieni rentgenowskich przez M. Laue (1912). Opis efektu dyfrakcyjnego praktycznie zbiegł się z początkiem rozwoju modelu jonowego w pracach R. Kossela i M. Borna. Następnie odkryto dyfrakcję elektronów, neutronów i innych cząstek elementarnych, co posłużyło jako podstawa do opracowania szeregu nowoczesnych metod analizy strukturalnej (promieniowanie rentgenowskie, neutron, dyfrakcja elektronów itp.). Pojęcie promieni odegrało decydującą rolę w rozwoju koncepcji energii sieci, teorii najbliższego upakowania i przyczyniło się do powstania reguł Magnusa-Goldschmidta, reguł izomorfizmu Goldschmidta-Fersmana itp.
Jeszcze na początku lat dwudziestych XX wieku. przyjęto dwa aksjomaty: możliwość przenoszenia jonów z jednej struktury do drugiej oraz stałość ich rozmiarów. Całkiem logiczne wydawało się przyjmowanie połowy najkrótszych odległości międzyjądrowych w metalach jako promieni (Bragg, 1920). Nieco później (Huggins, Slater) odkryto korelację pomiędzy promienie atomowe oraz odległości do maksimów gęstości elektronowej elektronów walencyjnych odpowiednich atomów.
Problem promienie jonowe (g tak) jest nieco bardziej skomplikowane. W kryształach jonowych i kowalencyjnych, zgodnie z analizą dyfrakcji promieni rentgenowskich, obserwuje się: (1) nieznaczne przesunięcie gęstości nakładania się w kierunku atomu bardziej elektroujemnego, a także (2) minimalną gęstość elektronów na linii wiązania ( powłoki elektronowe jonów znajdujące się w bliskiej odległości powinny się odpychać). Za to minimum można przyjąć obszar styku poszczególnych jonów, z którego można mierzyć promienie. Jednak na podstawie danych strukturalnych dotyczących odległości międzyjądrowych nie można znaleźć sposobu na określenie udziału poszczególnych jonów, a co za tym idzie, na obliczenie promieni jonowych. Aby to zrobić, musisz określić przynajmniej promień jednego jonu lub stosunek promieni jonów. Dlatego już w latach 20. zaproponowano szereg kryteriów takiego wyznaczania (Lande, Pauling, Goldschmidt i in.) oraz stworzono różne układy promieni jonowych i atomowych (Arens, Goldschmidt, Bokiy, Zachariazen, Pauling) (w źródłach krajowych problem ten opisano w: szczegółowo V.I. Lebiediewa, V.S. Urusowa i B.K. Weinsteina).
Obecnie za najbardziej niezawodny uważa się układ promieni jonowych Shannona i Pruitta, w którym promień jonowy F„(r f0W F” = 1,19 A) i O 2_ (r f0W O 2- = 1,26 A) przyjmuje się jako początkowy jeden (w monografiach B.K. Vainshteina nazywane są one fizycznymi.Tabela 3.1) System ten zapewnia dokładność obliczania odległości międzyjądrowych w najbardziej jonowych związkach (fluorkach i solach tlenowych) rzędu 0,01 A i pozwala na rozsądne oszacowanie promienie jonów, dla których nie ma danych strukturalnych, zatem na podstawie danych Shannona – Pruitta z 1988 r. przeprowadzono obliczenia nieznanych wówczas promieni dla jonów D- metale przejściowe na wysokich stopniach utlenienia, co jest zgodne z późniejszymi danymi eksperymentalnymi.
Tabela 3.1
Niektóre promienie jonowe (wg Shannona i Pruitta) pierwiastków przejściowych (CN 6)
|
0,7 5LS |
||||||||||||||||||
Koniec stołu. 3.1
|
0,75 lila |
|||||||||||
CC 4 ; B CC2; LS- stan niskiego wirowania; H.S.- stan wysokiego wirowania.
Ważną właściwością promieni jonowych jest to, że różnią się one o około 20%, gdy CN zmienia się o dwie jednostki. W przybliżeniu taka sama zmiana następuje, gdy ich stopień utlenienia zmienia się o dwie jednostki. Zakręć crossoverem
Przykłady okresowych zmian własności
Ponieważ mechanika kwantowa zabrania dokładnego określenia współrzędnych cząstek, pojęcia „promień atomowy” i „promień jonowy” są względne. Promienie atomowe dzielą się na promienie atomów metali, promienie kowalencyjne atomów niemetali i promienie atomów gazu szlachetnego. Wyznacza się je jako połowę odległości między warstwami atomów w kryształach odpowiednich substancji prostych (ryc. 2.1) metodami dyfrakcji promieni rentgenowskich lub neutronów.
Ryż. 2.1. Do definicji pojęcia „promień atomowy”
Ogólnie rzecz biorąc, promień atomu zależy nie tylko od natury atomów, ale także od charakteru wiązania chemicznego między nimi, stanu skupienia, temperatury i wielu innych czynników. Ta okoliczność po raz kolejny wskazuje na względność pojęcia „promień atomowy”. Atomy nie są nieściśliwymi, nieruchomymi kulami, zawsze biorą udział w ruchu obrotowym i wibracyjnym. W tabeli Tabele 2.1 i 2.2 pokazują promienie niektórych atomów metali i promienie kowalencyjne atomów niemetali.
Tabela 2.1
Promienie atomowe niektórych metali
| Metal | r o , godz | Metal | r o , godz |
| Li | Rb | ||
| Być | senior | ||
| Nie | Y | ||
| Mg | Zr | ||
| Glin | Uwaga | ||
| K | Pon | ||
| Ok | Tc | ||
| sc | Ru | ||
| Ti | Rh | ||
| V | Pd | ||
| Kr | Ag | ||
| Mu | Płyta CD | ||
| Fe | W | ||
| Współ | Cs | ||
| Ni | Ba | ||
| Cu | La | ||
| Zn | Hf |
Tabela 2.2
Promienie kowalencyjne atomów niemetali
Promienie atomów gazu szlachetnego są znacznie większe niż promienie atomów niemetali w odpowiednich okresach (tabela 2.2), ponieważ w kryształach gazu szlachetnego oddziaływanie międzyatomowe jest bardzo słabe.
Gaz He Ne Ar Kr Xe
r a , rm 122 160 191 201 220
Skala promieni jonowych nie może oczywiście opierać się na tych samych zasadach, co skala promieni atomowych. Co więcej, ściśle rzecz biorąc, nie można obiektywnie określić żadnej cechy pojedynczego jonu. Dlatego istnieje kilka skal promieni jonowych, wszystkie są względne, to znaczy są zbudowane na podstawie pewnych założeń. Współczesna skala promieni jonowych opiera się na założeniu, że granicą między jonami jest punkt minimalnej gęstości elektronowej na linii łączącej środki jonów. W tabeli Tabela 2.3 pokazuje promienie niektórych jonów.
Tabela 2.3
Promienie niektórych jonów
| I on | o 1:00 | I on | o godz |
| Li+ | Mn 2+ | ||
| Bądź 2+ | Mn 4+ | ||
| B3+ | Mn 7+ | ||
| C4+ | Fe2+ | ||
| N 5+ | Fe3+ | ||
| O2– | Co2+ | ||
| F - | Co 3+ | ||
| Na+ | Ni2+ | ||
| Mg2+ | Cu+ | ||
| Al 3+ | Cu2+ | ||
| Si4+ | br – | ||
| P5+ | Pon. 6+ | ||
| S 2– | Tc 7+ | ||
| Cl – | Ag+ | ||
| Cl 5+ | I - | ||
| Cl 7+ | Ce3+ | ||
| Cr6+ | Nd 3+ | ||
| Lu 3+ |
Prawo okresowości prowadzi do następujących prawidłowości w zmianie promieni atomowych i jonowych.
1) W okresach od lewej do prawej jako całości promień atomu maleje, choć nierównomiernie, a następnie na końcu gwałtownie rośnie przy atomie gazu szlachetnego.
2) W podgrupach, od góry do dołu, następuje wzrost promienia atomu: bardziej znaczący w podgrupach głównych i mniej znaczący w podgrupach wtórnych. Wzory te można łatwo wyjaśnić na podstawie położenia struktury elektronowej atomu. W pewnym okresie elektrony przechodząc z poprzedniego elementu do następnego, trafiają na tę samą warstwę, a nawet na tę samą powłokę. Rosnący ładunek jądra prowadzi do silniejszego przyciągania elektronów do jądra, czego nie kompensuje wzajemne odpychanie elektronów. W podgrupach wzrost liczby warstw elektronowych i ekranowanie przyciągania do jądra elektronów zewnętrznych przez warstwy głębokie prowadzi do zwiększenia promienia atomu.
3) Promień kationu jest mniejszy niż promień atomu i maleje wraz ze wzrostem ładunku kationu, np.:
4) Promień anionu jest większy niż promień atomu, na przykład:
5) W okresach promienie jonów d-elementów o tym samym ładunku stopniowo się zmniejszają, jest to tzw. d-kompresja, na przykład:
6) Podobne zjawisko obserwuje się dla jonów pierwiastków f - w okresach promienie jonów pierwiastków f o tym samym ładunku płynnie maleją, jest to tzw. kompresja f, na przykład:
7) Promienie jonów tego samego typu (posiadających podobną „koronę” elektronową) stopniowo rosną w podgrupach, np.:
8) Jeżeli różne jony mają tę samą liczbę elektronów (nazywa się je izoelektronicznymi), to o wielkości takich jonów w sposób naturalny będzie decydował ładunek jądra jonowego. Najmniejszym jonem będzie ten o najwyższym ładunku jądrowym. Na przykład jony Cl –, S 2–, K +, Ca 2+ mają tę samą liczbę elektronów (18); są to jony izoelektronowe. Najmniejszym z nich będzie jon wapnia, ponieważ ma on największy ładunek jądrowy (+20), a największym będzie jon S 2–, który ma najmniejszy ładunek jądrowy (+16). W ten sposób wyłania się następujący wzór: promień jonów izoelektronowych maleje wraz ze wzrostem ładunku jonów.
Siła względna kwasów i zasad (wykres Kossela)
Wszystkie kwasy i zasady tlenowe zawierają w swoich cząsteczkach fragment E n+ – O 2– – H +. Powszechnie wiadomo, że dysocjacja związku na typ kwasowy lub zasadowy jest związana ze stopniem utlenienia (a dokładniej z wartościowością) atomu pierwiastka. Załóżmy, że wiązanie w tym fragmencie jest czysto jonowe. Jest to dość przybliżone przybliżenie, ponieważ wraz ze wzrostem wartościowości atomu polarność jego wiązań znacznie słabnie (patrz rozdział 3).
W tym sztywnym fragmencie, wyciętym z cząsteczki tlenu, kwasu lub zasady, miejsce odpowiednio rozerwania i dysocjacji wiązania wraz z uwolnieniem protonu lub anionu hydroksylowego zostanie określone przez wielkość oddziaływania pomiędzy E n + i O 2– jony. Im silniejsze jest to oddziaływanie, a będzie ono wzrastać wraz ze wzrostem ładunku jonu (stanu utlenienia) i zmniejszaniem się jego promienia, tym większe prawdopodobieństwo zerwania wiązania O–H i dysocjacji typu kwasowego. Zatem, siła kwasów tlenowych będzie rosła wraz ze wzrostem stopnia utlenienia atomu pierwiastka i zmniejszeniem promienia jego jonu .
Należy zauważyć, że tutaj i poniżej silniejszym z nich jest elektrolit, który przy tym samym stężeniu molowym w roztworze wykazuje większy stopień dysocjacji. Podkreślamy, że na schemacie Kossela analizowane są dwa czynniki - stopień utlenienia (ładunek jonowy) i promień jonu.
Na przykład trzeba dowiedzieć się, który z dwóch kwasów jest silniejszy - selenowy H 2 SeO 4 czy selenowy H 2 SeO 3 . W H 2 SeO 4 stopień utlenienia atomu selenu (+6) jest wyższy niż w kwasie selenowym (+4). Jednocześnie promień jonu Se 6+ jest mniejszy niż promień jonu Se 4+. W rezultacie oba czynniki wskazują, że kwas selenowy jest silniejszy niż kwas selenowy.
Innym przykładem jest kwas nadmanganowy (HMnO 4) i ren (HReO 4). Stopień utlenienia atomów Mn i Re w tych związkach jest taki sam (+7), dlatego należy porównać promienie jonów Mn 7+ i Re 7+. Ponieważ promienie jonów tego samego typu w podgrupie rosną, wnioskujemy, że promień jonu Mn 7+ jest mniejszy, co oznacza, że kwas manganowy jest silniejszy.
Sytuacja z bazami będzie odwrotna. Siła zasad rośnie wraz ze spadkiem stopnia utlenienia atomu pierwiastka i wzrostem promienia jego jonu . Stąd, jeśli ten sam pierwiastek tworzy różne zasady, na przykład EON i E(OH) 3, to drugi z nich będzie słabszy od pierwszego, ponieważ stopień utlenienia w pierwszym przypadku jest niższy, a promień E + jest większy niż promień jonu E 3+. W podgrupach siła baz tego samego typu wzrośnie. Na przykład najsilniejszą zasadą wodorotlenków metali alkalicznych jest FrOH, a najsłabszą jest LiOH. Jeszcze raz podkreślmy, że mówimy o porównaniu stopni dysocjacji odpowiednich elektrolitów i nie dotyczy kwestii siły bezwzględnej elektrolitu.
Stosujemy to samo podejście, rozważając względną moc kwasów beztlenowych. Zastępujemy fragment E n– – H+ obecny w cząsteczkach tych związków wiązaniem jonowym:
O sile oddziaływania tych jonów decyduje oczywiście ładunek jonu (stopień utlenienia atomu pierwiastka) i jego promień. Mając na uwadze prawo Coulomba, rozumiemy to siła kwasów beztlenowych rośnie wraz ze spadkiem stopnia utlenienia atomu pierwiastka i wzrostem promienia jego jonu .
Siła kwasów beztlenowych w roztworze wzrośnie w podgrupie, na przykład kwasach halogenowodorowych, ponieważ przy tym samym stopniu utlenienia atomu pierwiastka wzrasta promień jego jonu.
Jedną z najważniejszych cech pierwiastków chemicznych biorących udział w tworzeniu wiązania chemicznego jest wielkość atomu (jonu): wraz ze wzrostem maleje siła wiązań międzyatomowych. Wielkość atomu (jonu) określa się zwykle na podstawie wartości jego promienia lub średnicy. Ponieważ atom (jon) nie ma wyraźnych granic, koncepcja „promienia atomowego (jonowego)” oznacza, że 90–98% gęstości elektronowej atomu (jonu) zawarte jest w kuli o tym promieniu. Znajomość wartości promieni atomowych (jonowych) pozwala oszacować odległości międzyjądrowe w kryształach (czyli strukturę tych kryształów), ponieważ w przypadku wielu problemów najkrótsze odległości między jądrami atomów (jonów) można uznać za sumę ich promieni atomowych (jonowych), chociaż taka addytywność jest przybliżona i nie we wszystkich przypadkach jest spełniona.
Pod promień atomowy pierwiastek chemiczny (o promieniu jonowym, patrz poniżej), biorący udział w tworzeniu wiązania chemicznego, w ogólnym przypadku zgodził się rozumieć połowę równowagowej odległości międzyjądrowej między najbliższymi atomami w sieci krystalicznej pierwiastka. Koncepcja ta, dość prosta, jeśli weźmiemy pod uwagę atomy (jony) jako sztywne kule, w rzeczywistości okazuje się złożona i często niejednoznaczna. Promień atomowy (jonowy) pierwiastka chemicznego nie jest wartością stałą, ale zmienia się w zależności od wielu czynników, z których najważniejszym jest rodzaj wiązania chemicznego
i numer koordynacyjny.
Jeśli ten sam atom (jon) w różnych kryształach tworzy różne rodzaje wiązań chemicznych, to będzie miał kilka promieni - kowalencyjny w krysztale z wiązaniem kowalencyjnym; jonowy w krysztale z wiązaniem jonowym; metaliczny w metalu; van der Waalsa w krysztale molekularnym. Wpływ rodzaju wiązania chemicznego można zobaczyć w poniższym przykładzie. W diamencie wszystkie cztery wiązania chemiczne są kowalencyjne i powstają sp 3-hybrydy, czyli wszyscy czterej sąsiedzi danego atomu znajdują się na tym samym i
w tej samej odległości od niego ( D= 1,54 A˚), a promień kowalencyjny węgla w diamencie będzie wynosić
jest równe 0,77 A˚. W krysztale arsenu odległość między atomami związanymi wiązaniami kowalencyjnymi ( D 1 = 2,52 A˚), znacznie mniej niż pomiędzy atomami związanymi siłami van der Waalsa ( D 2 = 3,12 A˚), więc As będzie miał promień kowalencyjny 1,26 A˚, a van der Waals 1,56 A˚.
Promień atomowy (jonowy) również zmienia się bardzo gwałtownie wraz ze zmianą liczby koordynacyjnej (można to zaobserwować podczas polimorficznych transformacji pierwiastków). Im mniejsza liczba koordynacyjna, tym mniejszy stopień wypełnienia przestrzeni atomami (jonami) i mniejsze odległości międzyjądrowe. Wzrostowi liczby koordynacyjnej zawsze towarzyszy wzrost odległości międzyjądrowych.
Z powyższego wynika, że promienie atomowe (jonowe) różnych pierwiastków biorących udział w tworzeniu wiązania chemicznego można porównywać tylko wtedy, gdy tworzą one kryształy, w których realizowany jest ten sam typ wiązania chemicznego, a pierwiastki te w utworzonych kryształach mają te same numery koordynacyjne.
Rozważmy bardziej szczegółowo główne cechy promieni atomowych i jonowych.
Pod kowalencyjne promienie pierwiastków Zwyczajowo rozumie się połowę równowagowej odległości międzyjądrowej między najbliższymi atomami połączonymi wiązaniem kowalencyjnym.
Cechą promieni kowalencyjnych jest ich stałość w różnych „strukturach kowalencyjnych” o tej samej liczbie koordynacyjnej Z j. Ponadto promienie kowalencyjne z reguły są ze sobą związane addytywnie, to znaczy odległość A – B stanowi połowę sumy odległości A – A i B – B w obecności wiązań kowalencyjnych i to samo numery koordynacyjne we wszystkich trzech strukturach.
Istnieją promienie kowalencyjne normalne, czworościenne, oktaedryczne, kwadratowe i liniowe.
Normalny promień kowalencyjny atomu odpowiada przypadkowi, gdy atom tworzy tyle wiązań kowalencyjnych, ile odpowiada jego miejscu w układzie okresowym: dla węgla - 2, dla azotu - 3 itd. W tym przypadku różne wartości promienie normalne uzyskuje się w zależności od krotności (rzędu) wiązań (wiązanie pojedyncze, podwójne, potrójne). Jeśli wiązanie powstaje, gdy hybrydowe chmury elektronów nakładają się, wówczas mówi się o czworościennym
(Z k = 4, sp Orbitale 3-hybrydowe), oktaedryczne ( Z k = 6, D 2sp Orbitale 3-hybrydowe), kwadratowe ( Z k = 4, dsp Orbitale 2-hybrydowe), liniowe ( Z k = 2, sp-orbitale hybrydowe) promienie kowalencyjne.
Warto wiedzieć, co następuje na temat promieni kowalencyjnych (podano wartości promieni kowalencyjnych dla wielu pierwiastków).
1. Promieni kowalencyjnych, w odróżnieniu od jonowych, nie można interpretować jako promieni atomów mających kształt kulisty. Promienie kowalencyjne służą jedynie do obliczania odległości międzyjądrowych między atomami połączonymi wiązaniami kowalencyjnymi i nie mówią nic o odległościach między atomami tego samego typu, które nie są związane wiązaniami kowalencyjnymi.
2. Wielkość promienia kowalencyjnego zależy od krotności wiązania kowalencyjnego. Wiązanie potrójne jest krótsze niż wiązanie podwójne, które z kolei jest krótsze niż wiązanie pojedyncze, więc promień kowalencyjny wiązania potrójnego jest mniejszy niż promień kowalencyjny wiązania podwójnego, który jest mniejszy
pojedynczy. Należy pamiętać, że rząd krotności relacji nie musi być liczbą całkowitą. Może być również ułamkowe, jeśli wiązanie jest rezonansowe (cząsteczka benzenu, związek Mg2Sn, patrz poniżej). W tym przypadku promień kowalencyjny ma wartość pośrednią między wartościami odpowiadającymi rzędom całkowitym krotności wiązań.
3. Jeżeli wiązanie ma charakter mieszany kowalencyjno-jonowy, ale z dużym udziałem składnika kowalencyjnego wiązania, to można wprowadzić pojęcie promienia kowalencyjnego, ale wpływ składnika jonowego wiązania na jego wartości nie można zaniedbać. W niektórych przypadkach efekt ten może prowadzić do znacznego zmniejszenia promienia kowalencyjnego, czasami do 0,1 A˚. Niestety próby przewidywania wielkości tego efektu są różne
sprawy nie zakończyły się jeszcze sukcesem.
4. Wartość promienia kowalencyjnego zależy od rodzaju orbitali hybrydowych biorących udział w tworzeniu wiązania kowalencyjnego.
Promienie jonowe, oczywiście, nie można zdefiniować jako połowy sumy odległości między jądrami najbliższych jonów, ponieważ z reguły rozmiary kationów i anionów znacznie się różnią. Ponadto symetria jonów może nieznacznie różnić się od kulistej. Jednak w przypadku prawdziwych kryształów jonowych poniżej promień jonowy Zwyczajowo rozumie się promień kuli, według którego przybliżany jest jon.
Promienie jonowe służą do przybliżonego oszacowania odległości międzyjądrowych w kryształach jonowych. Zakłada się, że odległość pomiędzy najbliższym kationem i anionem jest równa sumie ich promieni jonowych. Typowy błąd w określaniu odległości międzyjądrowych pod względem promieni jonowych w takich kryształach wynosi ≈0,01 A˚.
Istnieje kilka układów promieni jonowych, które różnią się wartościami promieni jonowych poszczególnych jonów, ale prowadzą do w przybliżeniu takich samych odległości międzyjądrowych. Pierwsze prace nad wyznaczeniem promieni jonowych przeprowadził V. M. Goldshmit w latach 20. XX wieku. Wykorzystano w nim z jednej strony odległości międzyjądrowe w kryształach jonowych, mierzone metodą rentgenowskiej analizy strukturalnej, a z drugiej strony wyznaczone wartości promieni jonowych F− i O2−
metodą refraktometryczną. Większość innych systemów również opiera się na odległościach międzyjądrowych w kryształach określonych metodami dyfrakcyjnymi oraz na pewnych „odniesieniach” wartościach promienia jonowego konkretnego jonu. W najbardziej znanym systemie
Pauling tą wartością odniesienia jest promień jonowy jonu nadtlenkowego O2−, równy
1,40 A˚ Ta wartość O2− jest dobrze zgodna z obliczeniami teoretycznymi. W systemie G.B. Bokiya i N.V. Biełowa, uważanym za jeden z najbardziej niezawodnych, przyjmuje się, że promień jonowy O2− jest równy 1,36 A˚.
W latach 70.–80. XX wieku podejmowano próby bezpośredniego określenia promieni jonów poprzez pomiar gęstości elektronów metodami rentgenowskiej analizy strukturalnej, pod warunkiem, że za granicę jonów przyjęto minimalną gęstość elektronów na linii łączącej jądra. Okazało się, że ta metoda bezpośrednia prowadzi do zawyżenia wartości promieni jonowych kationów i zaniżenia wartości promieni jonowych anionów. Ponadto okazało się, że wartości promieni jonowych wyznaczonych bezpośrednio nie można przenieść z jednego związku na drugi, a odchylenia od addytywności są zbyt duże. Dlatego takie promienie jonowe nie są wykorzystywane do przewidywania odległości międzyjądrowych.
Warto wiedzieć, co następuje na temat promieni jonowych (w poniższych tabelach podano wartości promieni jonowych według Bokiya i Biełowa).
1. Promień jonowy jonów tego samego pierwiastka zmienia się w zależności od jego ładunku, a dla tego samego jonu zależy od liczby koordynacyjnej. W zależności od liczby koordynacyjnej rozróżnia się promienie jonowe czworościenne i oktaedryczne.
2. W obrębie jednego pionowego rzędu, a dokładniej w obrębie jednej grupy, okresowo
W układach promienie jonów o tym samym ładunku rosną wraz ze wzrostem liczby atomowej pierwiastka, gdyż zwiększa się liczba powłok zajmowanych przez elektrony, a co za tym idzie i wielkość jonu.
|
Promień, A˚ |
3. W przypadku dodatnio naładowanych jonów atomów z tego samego okresu promienie jonowe szybko maleją wraz ze wzrostem ładunku. Gwałtowny spadek tłumaczy się działaniem w jednym kierunku dwóch głównych czynników: silnego przyciągania „ich” elektronów przez kation, którego ładunek wzrasta wraz ze wzrostem liczby atomowej; wzrost siły oddziaływania kationu z otaczającymi go anionami wraz ze wzrostem ładunku kationu.
|
Promień, A˚ |
4. W przypadku ujemnie naładowanych jonów atomów z tego samego okresu promienie jonowe rosną wraz ze wzrostem ładunku ujemnego. Obydwa czynniki omówione w poprzednim akapicie działają w tym przypadku w przeciwnych kierunkach, przy czym dominuje czynnik pierwszy (wzrostowi ładunku ujemnego anionu towarzyszy wzrost jego promienia jonowego), dlatego też wzrost promieni jonowych wraz ze wzrostem ładunek ujemny następuje znacznie wolniej niż spadek w poprzednim przypadku.
|
Promień, A˚ |
5. Dla tego samego pierwiastka, czyli o tej samej początkowej konfiguracji elektronowej, promień kationu jest mniejszy niż anionu. Wynika to ze zmniejszenia przyciągania zewnętrznych „dodatkowych” elektronów do rdzenia anionowego i wzrostu efektu ekranowania ze względu na elektrony wewnętrzne (w kationie brakuje elektronów, a anion ma nadmiar).
|
Promień, A˚ |
6. Wielkości jonów o tym samym ładunku są zgodne z okresowością układu okresowego. Jednakże promień jonowy nie jest proporcjonalny do ładunku jądrowego Z, co wynika z silnego przyciągania elektronów przez jądro. Ponadto wyjątkiem od zależności okresowej są lantanowce i aktynowce, w których szeregach promienie atomów i jonów o tym samym ładunku nie rosną, lecz maleją wraz ze wzrostem liczby atomowej (tzw. kompresja lantanowców i kompresja aktynowców).11
11Kompresja lantanowców i kompresja aktynowców wynika z faktu, że w lantanowcach i aktynowcach elektrony dodawane wraz ze wzrostem liczby atomowej wewnętrzne d I F-powłoki o głównej liczbie kwantowej mniejszej niż główna liczba kwantowa danego okresu. Jednocześnie, jak wynika z obliczeń mechaniki kwantowej w D a zwłaszcza w F stwierdza, że elektron jest znacznie bliżej jądra niż w S I P zatem stany danego okresu o dużej liczbie kwantowej D I F-elektrony zlokalizowane są w wewnętrznych obszarach atomu, choć zapełnianie tych stanów elektronami (mówimy o poziomach elektronowych w przestrzeni energetycznej) przebiega inaczej.
promienie metalu uważa się za równe połowie najkrótszej odległości między jądrami atomów w strukturze krystalizującej pierwiastka metalowego. Zależą one od numeru koordynacyjnego. Jeśli weźmiemy promień metaliczny dowolnego elementu w Z k = 12 na jednostkę, a następnie z Z k = 8, 6 i 4 promienie metalu tego samego elementu będą odpowiednio równe 0,98; 0,96; 0,88. Promienie metali mają właściwość addytywności. Znajomość ich wartości pozwala w przybliżeniu przewidzieć parametry sieci krystalicznych związków międzymetalicznych.
Promienie atomowe metali charakteryzują się następującymi cechami (dane o wartościach promieni atomowych metali można znaleźć w).
1. Metaliczne promienie atomowe metali przejściowych są na ogół mniejsze niż metaliczne promienie atomowe metali nieprzejściowych, co odzwierciedla większą siłę wiązania w metalach przejściowych. Ta cecha wynika z faktu, że metale z grupy przejściowej i metale najbliżej nich w układzie okresowym mają elektronikę D-powłoki i elektrony D-państwa mogą brać udział w tworzeniu wiązań chemicznych. Wzmocnienie wiązania może wynikać częściowo z pojawienia się kowalencyjnego składnika wiązania, a częściowo z oddziaływania van der Waalsa z rdzeniami jonowymi. Na przykład w kryształach żelaza i wolframu elektrony D-stany mają znaczący udział w energii wiązania.
2. W obrębie jednej grupy pionowej, w miarę przemieszczania się z góry na dół, promienie atomowe metali rosną, co wynika z konsekwentnego wzrostu liczby elektronów (zwiększa się liczba powłok zajmowanych przez elektrony).
3. A dokładniej w ciągu jednego okresu, zaczynając od metalu alkalicznego do środka grupy metali przejściowych, promienie atomów metali zmniejszają się od lewej do prawej. W tej samej kolejności wzrasta ładunek elektryczny jądra atomowego i wzrasta liczba elektronów w powłoce walencyjnej. Wraz ze wzrostem liczby elektronów wiążących na atom, wiązanie metaliczne staje się silniejsze, a jednocześnie na skutek wzrostu ładunku jądra wzrasta przyciąganie elektronów rdzeniowych (wewnętrznych) przez jądro, dlatego wartość promień atomowy metalu maleje.
4. Metale przejściowe z grup VII i VIII z tego samego okresu mają w pierwszym przybliżeniu prawie identyczne promienie metaliczne. Podobno jeśli chodzi o elementy posiadające 5 i więcej D-elektrony, wzrost ładunku jądra i związane z tym skutki przyciągania elektronów rdzenia, prowadzące do zmniejszenia promienia atomowego metalu, są kompensowane przez efekty powodowane rosnącą liczbą elektronów w atomie (jonie), które nie biorą udziału w tworzeniu wiązania metalicznego, a prowadzą do zwiększenia promienia metalu (zwiększają liczbę stanów zajmowanych przez elektrony).
5. Wzrost promieni (patrz punkt 2) dla elementów przejściowych, który następuje podczas przejścia z czwartego do piątego okresu, nie jest obserwowany dla elementów przejściowych przy
przejście z okresu piątego do szóstego; metaliczne promienie atomowe odpowiednich (porównanie pionowe) pierwiastków w tych dwóch ostatnich okresach są prawie takie same. Najwyraźniej wynika to z faktu, że elementy znajdujące się pomiędzy nimi mają stosunkowo głębokie osadzenie F-powłoka, więc wzrost ładunku jądrowego i związane z nim efekty atrakcyjne są bardziej znaczące niż efekty związane ze wzrostem liczby elektronów (kompresja lantanowców).
|
Element z IV okresu |
Promień, A˚ |
Element z okresu 5 |
Promień, A˚ |
Element z VI okresu |
Promień, A˚ |
6. Zwykle promienie metaliczne są znacznie większe niż promienie jonowe, ale nie różnią się tak znacząco od promieni kowalencyjnych tych samych pierwiastków, chociaż wszystkie bez wyjątku są większe niż promienie kowalencyjne. Dużą różnicę w wartościach metalicznych promieni atomowych i jonowych tych samych pierwiastków tłumaczy się tym, że wiązanie, które swoje powstanie zawdzięcza elektronom o prawie swobodnym przewodnictwie, nie jest silne (stąd obserwowane stosunkowo duże odległości międzyatomowe w siatka metalowa). Znacznie mniejszą różnicę w wartościach promieni metalicznych i kowalencyjnych tych samych pierwiastków można wyjaśnić, jeśli uznamy wiązanie metaliczne za jakieś specjalne „rezonansowe” wiązanie kowalencyjne.
Pod promień van der Waalsa Zwyczajowo rozumie się połowę równowagowej odległości międzyjądrowej między najbliższymi atomami połączonymi wiązaniem van der Waalsa. Promienie Van der Waalsa określają efektywne rozmiary atomów gazu szlachetnego. Ponadto, jak wynika z definicji, za promień atomowy van der Waalsa można uznać połowę odległości międzyjądrowej pomiędzy najbliższymi atomami o tej samej nazwie, połączonymi wiązaniem van der Waalsa i należącymi do różnych cząsteczek (na przykład w kryształy molekularne). Kiedy atomy zbliżają się do siebie na odległość mniejszą niż suma ich promieni van der Waalsa, następuje silne odpychanie międzyatomowe. Dlatego promienie atomowe van der Waalsa charakteryzują minimalne dopuszczalne styki atomów należących do różnych cząsteczek. Dane dotyczące wartości promieni atomowych van der Waalsa dla niektórych atomów można znaleźć w).
Znajomość promieni atomowych van der Waalsa pozwala określić kształt cząsteczek i ich upakowanie w kryształach molekularnych. Promienie Van der Waalsa są znacznie większe niż wszystkie promienie wymienione powyżej dla tych samych elementów, co można wytłumaczyć słabością sił van der Waalsa.
konwencjonalne właściwości jonów stosowane do przybliżania odległości międzyjądrowych w kryształach jonowych (patrz promienie jonowe ). Wartości I. r. są w naturalny sposób powiązane z pozycją pierwiastków w układzie okresowym Mendelejewa. I.r. są szeroko stosowane w chemii krystalicznej (patrz Chemia krystaliczna), umożliwiając identyfikację prawidłowości w strukturze kryształów różnych związków, w geochemii (patrz Geochemia) przy badaniu zjawiska podstawienia jonów w procesach geochemicznych itp.
Zaproponowano kilka systemów wartości I. r. Układy te opierają się zwykle na następującej obserwacji: różnica odległości międzyjądrowych A - X i B - X w kryształach jonowych o składzie AX i BX, gdzie A i B są metalem, X jest niemetalem, praktycznie nie zmienia się, gdy X zastępuje się innym, podobnym do niego niemetalem (na przykład przy wymianie chloru na brom), jeśli liczby koordynacyjne podobnych jonów w porównywanych solach są takie same. Wynika z tego, że I. r. mają właściwość addytywności, to znaczy, że wyznaczone eksperymentalnie odległości międzyjądrowe można uznać za sumę odpowiednich „promieni” jonów. Podział tej sumy na składniki zawsze opiera się na mniej lub bardziej arbitralnych założeniach. Systemy nawadniające proponowane przez różnych autorów różnią się przede wszystkim zastosowaniem odmiennych założeń wyjściowych.
Tabele pokazują stopnie utlenienia odpowiadające różnym wartościom stopnia utlenienia (patrz Wartościowość). Przy wartościach innych niż +1 stopień utlenienia nie odpowiada rzeczywistemu stopniowi jonizacji atomów, a I. r. nabierają jeszcze bardziej konwencjonalnego znaczenia, ponieważ wiązanie może mieć w dużej mierze charakter kowalencyjny. Wartości I. r. (w Å) dla niektórych pierwiastków (wg N.V. Biełowa i G.B. Bokiya): 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, La 3+ 1,04.
V. L. Kireev.
- - supramolekularne układy błon żywej komórki i jej organelli, mające charakter lipoproteinowy i zapewniające selektywność. przechodząc przez różne jony przez membranę. Naib, kanały dla jonów Na+, K+, Ca2+ są powszechne...
- - struktury molekularne wbudowane w biol. membran i przeprowadzanie przenoszenia jonów w kierunku wyższych elektrochemicznych. potencjał...
Biologiczny słownik encyklopedyczny
- - charakterystyka atomów, pozwalająca na przybliżoną ocenę odległości międzyatomowych w cząsteczkach i kryształach...
Encyklopedia fizyczna
- - efektywne charakterystyki atomów, pozwalające w przybliżeniu oszacować odległość międzyatomową w cząsteczkach i kryształach...
Encyklopedia chemiczna
- - krystaliczny in-va, w którym przede wszystkim wynika z adhezji pomiędzy cząstkami. wiązania jonowe...
Encyklopedia chemiczna
- - składają się z dwóch przeciwnie naładowanych jonów, połączonych elektrostatycznie. siły, dyspersja, jon-dipol lub pewne inne interakcje...
Encyklopedia chemiczna
- - patrz Promienie atomowe...
Encyklopedia chemiczna
- - patrz Promienie atomowe...
Encyklopedia chemiczna
- - urządzenia jonowe to to samo, co urządzenia wyładowcze...
Encyklopedia technologii
- - system rozmiarów atomów zaproponowany przez Lebiediewa w 1966 roku...
Encyklopedia geologiczna
- - takie same jak urządzenia wyładowcze gazowe...
Wielki encyklopedyczny słownik politechniczny
- - cechy atomów pozwalające w przybliżeniu oszacować odległości międzyatomowe w substancjach...
- - kryształy, w których spójność cząstek wynika przede wszystkim z jonowych wiązań chemicznych. I. do. może składać się zarówno z jonów jednoatomowych, jak i wieloatomowych...
Wielka encyklopedia radziecka
- - charakterystyki warunkowe jonów stosowane do przybliżania odległości międzyjądrowych w kryształach jonowych...
Wielka encyklopedia radziecka
- - cechy, które pozwalają w przybliżeniu oszacować odległości międzyatomowe w cząsteczkach i kryształach. Określane głównie na podstawie danych z analizy strukturalnej rentgenowskiej...
- - charakterystyka odległości pomiędzy jądrami kationów i anionów w kryształach jonowych...
Duży słownik encyklopedyczny
„Promienie jonowe” w książkach
Baterie litowo-jonowe
Z książki Były mieszkaniec miasta na wsi. Najlepsze przepisy na życie na wsi autor Kaszkarow AndrzejBaterie litowo-jonowe Baterie litowo-jonowe (Li-Ion) charakteryzują się dobrą wydajnością w niskich temperaturach. Większość producentów zaleca ten typ akumulatorów do -20°C, a przy niskim obciążeniu akumulatory są w stanie dostarczyć do 70% swojej pojemności przy
P3.4. Jak przechowywać baterie litowo-jonowe do laptopów. Kilka zaleceń
Z książki Nowoczesny hydraulik, budowniczy i elektryk autor Kaszkarow Andriej PietrowiczP3.4. Jak przechowywać baterie litowo-jonowe do laptopów. Kilka zaleceń: Akumulatory należy przechowywać w stanie naładowanym w temperaturze od +15°C do +35°C przy normalnej wilgotności powietrza; Z biegiem czasu akumulator ulega lekkiemu samorozładowaniu, nawet jeśli jest przechowywany oddzielnie
Promienie atomowe
Z książki Wielka radziecka encyklopedia (AT) autora TSBKryształy jonowe
TSBUrządzenia jonowe
Z książki Wielka radziecka encyklopedia (IO) autora TSBPromienie jonowe
Z książki Wielka radziecka encyklopedia (IO) autora TSB2.4.1. Baterie litowo-jonowe
Z książki autora2.4.1. Baterie litowo-jonowe Baterie litowo-jonowe zyskują coraz większą popularność na rynku komunikacji mobilnej. Wynika to z ich zalet takich jak: duża gęstość energii elektrycznej (dwukrotnie większa niż w przypadku akumulatora NiCd tej samej wielkości, a co za tym idzie o połowę mniejsza
Instalacje jonowe i laserowe
Z książki Zasady instalacji elektrycznych w pytaniach i odpowiedziach [Podręcznik do nauki i przygotowania do testu wiedzy] autor Kraśnik Walentin WiktorowiczInstalacje jonowe i laserowe Pytanie. Jak należy konfigurować i rozmieszczać instalacje jonowe i laserowe?Odpowiedz. Muszą być skonfigurowane, a zawarte w nich jednostki umieszczone z uwzględnieniem środków zapewniających odporność na zakłócenia obwodów sterujących i pomiarowych
Baterie litowo-jonowe (Li-Ion).
Z książki Zasilacze i ładowarki autoraBaterie litowo-jonowe (Li-Ion) Lit jest najlżejszym metalem, ale jednocześnie ma silnie ujemny potencjał elektrochemiczny. Dzięki temu lit charakteryzuje się najwyższą teoretyczną właściwą energią elektryczną. Drugorzędne źródła
