Hvilket metall har den største atomradiusen? Dimensjoner av atomradius av metaller

Atomiske ioner; har betydningen av radiene til kulene som representerer disse atomene eller ionene i molekyler eller krystaller. Atomradius gjøre det mulig å tilnærmet estimere internukleære (interatomiske) avstander i molekyler og krystaller.

Elektrontettheten til et isolert atom avtar raskt når avstanden til kjernen øker, så radiusen til et atom kan defineres som radiusen til sfæren der hoveddelen (for eksempel 99%) av elektrontettheten er konsentrert. For å estimere internnukleære avstander viste det seg imidlertid å være mer praktisk å tolke atomradius annerledes. Dette førte til fremveksten av forskjellige definisjoner og systemer av atomradier.

Den kovalente radiusen til et X-atom er definert som halvparten av lengden av et enkelt kjemisk binding X—X. For halogener beregnes således kovalente radier fra den indre nukleære likevektsavstanden i X 2-molekylet, for svovel og selen - i S 8- og Se 8-molekyler, for karbon - i en diamantkrystall. Unntaket er hydrogenatomet, hvor den kovalente atomradiusen antas å være 30 pm, mens halvparten av den indre nukleære avstanden i H 2 -molekylet er 37 pm. For forbindelser med kovalent i naturen bindinger, som regel er additivitetsprinsippet oppfylt (lengden på X-Y-bindingen er omtrent lik summen av atomradiene til X- og Y-atomene), noe som gjør det mulig å forutsi bindingslengdene i polyatomiske molekyler.

Ioniske radier er definert som verdier hvis sum for et par ioner (for eksempel X + og Y -) er lik den korteste indre nukleære avstanden i de tilsvarende ioniske krystallene. Det finnes flere systemer med ioniske radier; systemer varierer i numeriske verdier for individuelle ioner avhengig av hvilken radius og hvilket ion som legges til grunn ved beregning av radiene til andre ioner. For eksempel, ifølge Pauling, er dette radiusen til O 2-ionet, tatt lik 140 pm; ifølge Shannon - radiusen til det samme ionet, tatt lik 121 pm. Til tross for disse forskjellene, fører forskjellige systemer for beregning av internnukleære avstander i ioniske krystaller til omtrent de samme resultatene.

Metalliske radier er definert som halvparten av den korteste avstanden mellom atomer i et metalls krystallgitter. For metallkonstruksjoner som er forskjellige i type pakning, er disse radiene forskjellige. Nærheten til atomradiusene til forskjellige metaller indikerer ofte muligheten for dannelse av faste løsninger av disse metallene. Additivitet av radier lar oss forutsi parametere krystallgitter intermetalliske forbindelser.

Van der Waals radier er definert som mengder hvis sum er lik avstanden der to kjemisk ubundne atomer av forskjellige molekyler kan nærme seg hverandre eller ulike grupper atomer av samme molekyl. I gjennomsnitt er van der Waals-radier omtrent 80 pm større enn kovalente radier. Van der Waals-radier brukes til å tolke og forutsi stabiliteten til molekylære konformasjoner og den strukturelle rekkefølgen av molekyler i krystaller.

Lit.: Housecroft K., konstabel E. Moderne kurs generell kjemi. M., 2002. T. 1.

GRUNNLEGGENDE I FYSISK KJEMI AV LEGERINGER

Forelesningsnotater

Sammensatt av førsteamanuensis ved Institutt for TFIHOM,

kandidat for tekniske vitenskaper, førsteamanuensis Chumachenko G.V.

STRUKTUR AV LEGERINGER. METALLKJEMISKE EGENSKAPER

ELEMENTER

Legering er et stoff oppnådd ved sammensmelting (muligens sintring, elektrolyse, sublimering) av to eller flere grunnstoffer.

Hvis det ikke er fast tilstand kjemisk reaksjon mellom elementer og de ikke er i stand til gjensidig oppløsning, så er strukturen til legeringen mekanisk blanding korn av begge komponentene.

Stoffene som utgjør legeringen kan interagere kjemisk og dannes kjemiske forbindelser, eller gjensidig oppløses i hverandre, dannes løsninger. I legeringer er dannelsen av mellomfaser mulig, som ikke tilhører noen kjemiske forbindelser, heller ikke til løsninger.

De viktigste faktorene som bestemmer arten av interaksjonen mellom metaller med hverandre og med ikke-metaller er:

Dimensjoner av atomradius av metaller;

Plasseringen av metaller i elektronegativitetsserien av elementer;

Valens og ioniseringspotensial for grunnstoffer.

Alle disse egenskapene avhenger av posisjonen til elementene i det periodiske systemet. I forhold til interaksjonen mellom metaller, som definert av I.I. Kornilov de kalles metallokjemiske egenskaper elementer.

For å bestemme arten av interaksjonen og typene kjemiske bindinger som oppstår i dette tilfellet mellom løsninger (flytende og faste) og metallforbindelser, er det nødvendig å vurdere de metallokjemiske egenskapene til elementene bare i forbindelse, og ikke separat.

Dimensjoner av atomradius av metaller

Mange reaksjoner mellom metaller og metaller med metalloider skiller seg fra vanlige kjemiske reaksjoner i sin atomare natur, dannelse av løsninger og forbindelser i krystallinsk tilstand med en karakteristisk type metallisk og kovalent binding mellom atomer. Det er derfor stor verdi har interatomiske avstander bestemt av atomradiene til elementene.

Hvert atom har en tilsvarende virkningssfære med en viss radius, kalt atomradius, som representerer minimumsavstanden der sentrene til kulene til noen atomer nærmer seg overflaten av kulene til andre atomer.

Atomradius, som mange andre egenskaper ved elementer, har en streng periodisk avhengighet av atomnummer element. I fig. Tabell 1 viser verdiene av atomradiusene til elementene i henhold til grupper av elementer i det periodiske systemet. I denne figuren er grunnstoffene beryllium, bor og aluminium plassert i gruppe II og III i undergruppe B, hvor de viser en større sekvens av endringer i atomradius enn i undergruppe A.

Ris. 1. Atomradius av grunnstoffer etter gruppe periodisk system

Basert på verdiene til atomradius, kan alle elementer deles inn i tre familier. En av dem dekker elementer med gjennomsnittsverdier av atomradius, og de to andre ekstremfamiliene dekker elementer med maksimums- og minimumsverdier av denne egenskapen.

Når man vurderer fig. 1 kan følgende bemerkes karakteristiske trekk: høyeste verdier metaller i gruppene I og II i undergruppe A med lave atomtall, som er blant de mest typiske metallene, har atomradier; minste verdier tilhører typiske lette metalloider (B, C, N, O, H) - elementer i gruppene III-VII i undergruppe B. Tungmetaller i gruppene III-V i undergruppe B med høye atomnummer (In, Tl, Sn, Pb, Sb, Bi) viser en økning i størrelsen på atomradier når atomtall øker. Metaller som tilhører gruppen av overgangselementer (III-VIII) med ufylte d-elektronskall, så vel som metaller i gruppe I og II i undergruppe B har gjennomsnittsverdier av atomradius.

Rekkefølgen av endringer i atomradiusen til elementer for gruppe er å redusere størrelsen når atomnummeret til et element i en gitt gruppe avtar.

Likheten eller forskjellen i atomradiusene til elementer i forbindelse med andre egenskaper til atomene er avgjørende for interaksjonen mellom metaller, spesielt for reaksjonene ved dannelsen av forbindelser.

ATOMRADIUS effektive egenskaper til atomer, som lar en omtrent estimere den interatomiske (internukleære) avstanden i molekyler og krystaller. Etter ideer kvantemekanikk, atomer har ikke klare grenser, men sannsynligheten for å finne et elektron assosiert med en gitt kjerne i en viss avstand fra den kjernen avtar raskt med økende avstand. Derfor tildeles en viss radius til atomet, og tror at det store flertallet av elektrontettheten (90-98%) er inneholdt i sfæren til denne radiusen. A. r. - Verdiene er veldig små, i størrelsesorden 0,1 nm, men selv små forskjeller i størrelsene kan påvirke strukturen til krystaller bygget fra dem, likevektskonfigurasjonen av molekyler, etc. Eksperimentelle data viser det i mange tilfeller. I tilfeller er den korteste avstanden mellom to atomer faktisk omtrent lik summen av de tilsvarende atomene. (det såkalte additivitetsprinsippet til AR). Avhengig av typen binding mellom atomer, skilles metalliske, ioniske, kovalente og van der Waals-atomer.

Metallisk radius er lik halvparten av den korteste avstanden mellom atomer i en krystallinsk. metallstruktur. Verdien avhenger av koordineringen. tall K (antall nærmeste naboer til et atom i strukturen). De vanligste strukturene til metaller er med K = 12. Hvis vi tar verdien av A.r. i slike krystaller for 1, så A. r. metaller med TIL, lik 8, 6 og 4, vil være hhv. 0,98, 0,96 og 0,88. Nærheten til verdiene til A. r. nedbrytning metaller - en nødvendig (men ikke tilstrekkelig) betingelse for at disse metallene dannes solide løsninger erstatninger. Flytende K og Li (hhv. radier 0,236 og 0,155 nm) blandes derfor vanligvis ikke, og K med Rb og Cs danner en kontinuerlig serie med faste løsninger (hhv. radier Rb og Cs, 0,248 og 0,268 nm). Additivitet av metallisk A. r. lar deg forutsi krystallinske parametere med moderat nøyaktighet. intermetalliske gitter forbindelser.

Ioniske radier brukes til å tilnærme estimater av de korteste internnukleære avstandene i ioniske krystaller, forutsatt at disse avstandene er lik summen av de tilsvarende ioniske radiene til atomer. Det er flere systemer med ioniske radiusverdier som er forskjellige for individuelle ioner, men som fører til omtrent samme indre nukleære avstander i ioniske krystaller. Ioniske radier ble først bestemt på 1920-tallet. 20. århundre V. M. Goldshmidt, som stolte på refraktometrisk. verdiene av radiene F - og O 2- er lik henholdsvis. 0,133 og 0,132 nm. I L. Paulings system er radiusen til O 2-ionet tatt som grunnlag, lik 0,140 nm, i det utbredte systemet til N.V. Belov og G.B. Bokiy er radiusen til det samme ion tatt lik 0,136 nm K. Shannons system -0,121 nm (K = 2).

Den kovalente radiusen er lik halvparten av lengden til et enkelt kjemikalie. binder XХX, hvor X er et ikke-metallatom. For halogener, kovalent A. r. - dette er halvparten av den indre nukleære avstanden i X 2-molekylet, for S og Se-in X 8, for S-in krystall diamant De kovalente radiene til F, Cl, Br, I, S, Se og C er henholdsvis like. 0,064, 0,099, 0,114, 0,133, 0,104, 0,117 og 0,077 nm. Den kovalente radiusen til hydrogen antas å være 0,030 nm, selv om halve lengden av SNP-bindingen i H2-molekylet er 0,037 nm. Ved å bruke regelen for additivitet av atomer, forutsier man lengden på bindinger i polyatomiske molekyler. For eksempel bør bindingslengdene til SCHN, SChF og SChS1 være henholdsvis 0,107, 0,141 og 0,176 nm, og de er faktisk omtrent lik de indikerte verdiene hos mange. org. molekyler som ikke inneholder flere karbon-karbonbindinger; ellers reduseres de tilsvarende internnukleære avstandene.

Van der Waals radier bestemmer de effektive størrelsene på edelgassatomer. Det antas også at disse radiene er lik halvparten av den indre nukleære avstanden mellom de nærmeste identiske atomene som ikke er kjemisk bundet til hverandre. tilknytning, dvs. tilhørighet forskjellige molekyler, f.eks. i molekylære krystaller. Verdiene til van der Waals radier er funnet, ved å bruke prinsippet om additivitet av AR, fra de korteste kontaktene til nabomolekyler i krystaller. I gjennomsnitt er de ~0,08 nm større enn de kovalente radiene. Kunnskap om van der Waals-radier gjør at man kan bestemme konformasjonen til molekyler og deres pakking i molekylære krystaller. Energetisk gunstige konformasjoner av molekyler er vanligvis de der overlappingen av van der Waals-radier av valens-ubundne atomer er liten. Van der Waals sfærer av valensbundne atomer innenfor ett molekyl overlapper hverandre. Ext. omrisset av de overlappende kulene bestemmer formen på molekylet. Molekylære krystaller følger prinsippet om tett pakking, ifølge hvilket molekyler, modellert av deres "van der Waals-kanter", er arrangert slik at "fremspringene" til ett molekyl passer inn i "hulrommene" til et annet. Ved å bruke disse ideene kan man tolke det krystallografiske. data, og i noen tilfeller forutsi strukturen til molekylære krystaller.

Litt.: Boki og G.B., Crystal chemistry, 3. utgave, M., 1971, s. 136-41; Pauling L., Pauling P., Chemistry, trans. fra English, M., 1978; Modern crystallography, vol. 2, M., 1979, s. 67-88. V. G. Dashevsky.