ATÓMOVÝ ZVÄZOK: AKO SA LÍŠI V PERIODICKEJ TABUĽKE A PRÍKLADOCH - CHÉMIA - 2024

Atómová objem je relatívna hodnota, udávajúca vzťah medzi molekulovou hmotnosťou prvku a jeho hustoty. Tento objem teda závisí od hustoty prvku a hustota závisí od fázy a od toho, ako sú v nej usporiadané atómy.

Atómový objem prvku Z teda nie je rovnaký v inej fáze ako je fáza, ktorú vykazuje pri izbovej teplote (kvapalina, tuhá látka alebo plynná látka), alebo ak je súčasťou určitých zlúčenín. Atómový objem Z v zlúčenine ZA sa teda líši od atómového objemu Z v zlúčenine ZB.

Prečo? Aby sme to pochopili, je potrebné porovnať atómy napríklad s guličkami. Guľôčky, rovnako ako modrasté na obrázku vyššie, majú veľmi dobre definovanú materiálovú hranicu, ktorú je možné vidieť vďaka ich lesklému povrchu. Na rozdiel od toho, hranica atómov je rozptýlená, aj keď sa dá považovať za vzdialenú guľu.

To, čo určuje bod za atómovou hranicou, je nulová pravdepodobnosť nájdenia elektrónu, a tento bod môže byť ďalej alebo bližšie k jadru v závislosti od toho, koľko susedných atómov interaguje okolo uvažovaného atómu.

Atómový objem a polomer

A dva atómy interagujú s HH molekulou v _dvoch , polohy ich centier sú definované ako vzdialenosti medzi nimi (internukleárne vzdialenosti). Ak sú oba atómy sférické, polomer je vzdialenosť medzi jadrom a fuzzy hranicou:

Na obrázku vyššie môžete vidieť, ako sa znižuje pravdepodobnosť nájdenia elektrónu, keď sa pohybuje smerom od jadra. Potom delením internukleárnej vzdialenosti dvoma sa získa atómový polomer. Ďalej, za predpokladu sférickej geometrie atómov, sa vzorec použije na výpočet objemu gule:

V = (4/3) (Pi) r ³

V tomto výraze r je polomer atómu určený pre H ₂ molekuly . Hodnota V takto vypočítaná nepresnosti sa môžu zmeniť, ak je napríklad H ₂ je považovaný za v kvapalnom alebo kovovom stave. Táto metóda je však veľmi nepresná, pretože tvary atómov sú vo svojich interakciách veľmi vzdialené od ideálnej sféry.

Na stanovenie atómových objemov v pevných látkach sa berie do úvahy veľa premenných týkajúcich sa usporiadania, ktoré sa získavajú rôntgenovými difrakčnými štúdiami.

Dodatočný vzorec

Molárna hmotnosť vyjadruje množstvo látky, ktorá má móly atómov chemického prvku.

Jeho jednotky sú g / mol. Na druhej strane hustota je objem, ktorý zaberá gram prvku: g / ml. Pretože jednotky atómového objemu sú ml / mol, musíme sa pohrať s premennými, aby sme dospeli k požadovaným jednotkám:

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

Alebo čo je rovnaké:

(Molárna hmotnosť) (1 / D) = V

(Molárna hmotnosť / D) = V

Takto je možné ľahko vypočítať objem jedného mólu atómov prvku; zatiaľ čo vzorec sférického objemu počíta objem jednotlivého atómu. Aby sme dospeli k tejto hodnote od prvej, je potrebná konverzia pomocou čísla Avogadra (6,02 · 10 ^-23 ).

Ako sa mení atómový objem v periodickej tabuľke?

Ak sa atómy považujú za sférické, potom ich variácia bude rovnaká ako variácia pozorovaná v atómových polomeroch. Na obrázku vyššie, ktorý zobrazuje reprezentatívne prvky, je znázornené, že zprava doľava sa atómy zmenšujú; namiesto toho sa zhora nadol stávajú objemnejšími.

Je to tak preto, lebo v rovnakom období jadro začleňuje protóny, keď sa pohybuje doprava. Tieto protóny pôsobia príťažlivo na vonkajšie elektróny, ktoré pociťujú účinný atómový náboj Z _ef , menší ako skutočný atómový náboj Z.

Elektróny vnútorných škrupín odpudzujú elektróny vonkajšieho obalu, čím znižujú účinok jadra na ne; toto je známe ako efekt obrazovky. V tom istom období nemôže efekt tienenia pôsobiť proti nárastu počtu protónov, takže elektróny vo vnútornom obale nebránia atómu atómu.

Avšak zostup do skupiny umožňuje nové úrovne energie, ktoré umožňujú elektrónom obiehať ďalej od jadra. Podobne sa zvyšuje počet elektrónov vo vnútornom plášti, ktorých tieniace účinky sa začínajú znižovať, ak jadro znova pridá protóny.

Z týchto dôvodov sa oceňuje, že skupina 1A má najviac objemné atómy, na rozdiel od malých atómov skupiny 8A (alebo 18), atómy vzácnych plynov.

Atómové objemy prechodných kovov

Atómy prechodného kovu začleňujú elektróny do vnútorných orbitálov. Toto zvýšenie efektu screeningu a rovnako ako v skutočnom jadrovom náboji Z sa takmer rovnako zrušia, takže ich atómy si v rovnakom období zachovajú podobnú veľkosť.

Inými slovami: prechodné kovy vykazujú v jednom období podobné atómové objemy. Tieto malé rozdiely sú však pri definovaní kovových kryštálov (ako keby išlo o kovové guličky) nesmierne významné.

Príklady

K dispozícii sú dva matematické vzorce na výpočet atómového objemu prvku, každý s príslušnými príkladmi.

Príklad 1

Vzhľadom na atómový polomer vodíka - 37 pm (1 pikometer = 10 - ¹² m) - a cézium - 265 pm - vypočítajte ich atómové objemy.

Pomocou vzorca sférického objemu potom máme:

V _H = (4/3) (3.14) (37 pm), ³ = 212,07 pm ³

V _Cs = (4/3) (3,14) (265 pm) ³ = 77912297,67 pm ³

Tieto objemy vyjadrené v picometroch sú však prehnané, takže sa transformujú na jednotky angstrómov, ktoré sa vynásobia prevodným faktorom (1 Á / 100pm) ³ :

(212,07 pm ³ ) (1 A / 100 pM), ³ = 2,1207 x 10 ^-4 Á ³

(77.912.297,67 pm ³ ) (1 A / 100 pM), ³ = 77,912 Á ³

Číselné rozdiely sú teda medzi malým atómom H a objemným atómom Cs. Je potrebné mať na pamäti, že tieto výpočty sú iba aproximáciami podľa tvrdenia, že atóm je úplne sférický, ktorý sa túla pred realitou.

Príklad 2

Hustota čistého zlata je 19,32 g / ml a jeho molárna hmotnosť je 196,97 g / mol. Použitím vzorca M / D na výpočet objemu jedného mólu atómov zlata sa získa toto:

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

To znamená, že 1 mol atómov zlata zaberá 10,19 ml, ale aký objem zaberá atóm zlata konkrétne? A ako to vyjadriť v jednotkách pm ³ ? Na tento účel jednoducho použite nasledujúce prevodné faktory:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02,10 ^-23 atómov) · (1 m / 100 cm) ³ (1 pm / 10 - ¹² m) ³ = 16,92,10 ⁶ pm ³

Na druhej strane je atómový polomer zlata 166 pm. Ak sa porovnajú obidva objemy - objem získaný podľa predchádzajúcej metódy a objem vypočítaný pomocou vzorca sférického objemu - zistí sa, že nemajú rovnakú hodnotu:

V _Au = (4/3) (3,14) (166 pm) ³ = 19,15 * 10 ⁶ hod ³

Ktorá z nich je najbližšie k prijatej hodnote? Ten, ktorý je najbližší experimentálnym výsledkom získaným rôntgenovou difrakciou kryštalickej štruktúry zlata.

Referencie

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9. decembra 2017). Atómový objem Definícia. Zdroj: 6. júna 2018, zo stránky: thinkco.com
2. Mayfair, Andrew. (13. marca 2018). Ako vypočítať objem atómu. Sciencing. Zdroj: 6. júna 2018, z: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Krivky atómového objemu Lothar Meyer. Zdroj: 6. júna 2018, z: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Periodické trendy: Atómový polomer. Zdroj: 6. júna 2018, z: courses.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Atómový objem a hustota. Zdroj: 6. júna 2018, z: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chémia. (8. vydanie). CENGAGE Learning, s. 222-224.
7. Nadácia CK-12. (22. februára 2010). Porovnateľné atómové veľkosti. , Citované 6. júna 2018, z: commons.wikimedia.org
8. Nadácia CK-12. (22. februára 2010). Polomer atómu H ₂ . , Citované 6. júna 2018, z: commons.wikimedia.org