ATOMSKA PROSTORNINA: KAKO SE SPREMINJA V PERIODIČNI TABELI IN PRIMERIH - KEMIJA - 2026

Atomska prostornina je relativna vrednost označuje razmerje med molsko maso elementa in gostote. Torej je ta prostornina odvisna od gostote elementa, gostota pa je odvisna od faze in od tega, kako so atomi razporejeni znotraj nje.

Torej atomska prostornina za element Z ni enaka v fazi, ki ni tista, ki jo ima pri sobni temperaturi (tekoča, trdna ali plinasta) ali kadar je del nekaterih spojin. Tako je atomski volumen Z v spojini ZA drugačen od volumna Z v spojini ZB.

Zakaj? Da bi ga razumeli, je treba primerjati atome z, na primer, marmorjem. Marmorji, podobno kot modrikast na zgornji sliki, imajo zelo dobro definirano materialno mejo, kar je vidno po njihovi sijoči površini. Meja atomov je v nasprotju s tem razpršena, čeprav jih lahko štejemo na daljavo sferične.

Tako je določeno točko, ki presega atomsko mejo, ničelna verjetnost, da bomo našli elektron, in ta točka je lahko naprej ali bližje jedru, odvisno od števila sosednjih atomov, ki vplivajo okoli obravnavanega atoma.

Atomska prostornina in polmer

A oba atoma Interact H H molekule v _dveh , se pozicije njihovih centrov definiran kot razdalj med njimi (internuclear razdalje). Če sta oba atoma sferična, je polmer razdalja med jedrom in mehko mejo:

Na zgornji sliki si lahko ogledate, kako se verjetnost iskanja elektrona zmanjšuje, ko se odmika od jedra. Nato delimo medjedrinsko razdaljo za dva, dobimo atomski polmer. Nato predpostavimo, da je za atome kroglasta geometrija za izračun prostornine krogle:

V = (4/3) (Pi) r ³

V tem ekspresijskem r je atomski polmer določena za H ₂ molekuli . Vrednost V izračunana po tej metodi nenatančno lahko spremeni, če, na primer, H ₂ velja v tekočem ali kovinskega stanju. Vendar je ta metoda zelo netočna, saj so oblike atomov v svojih interakcijah zelo daleč od idealne sfere.

Za določitev atomske količine v trdnih snoveh se upošteva veliko spremenljivk, ki se nanašajo na razporeditev, in ki jih dobimo z rentgenskimi difrakcijskimi študijami.

Dodatna formula

Molarna masa izraža količino snovi, ki ima mol atomov kemičnega elementa.

Njegove enote so g / mol. Po drugi strani je gostota volumen, ki ga zaseda gram elementa: g / ml. Ker so enote atomske prostornine ml / mol, se moramo igrati s spremenljivkami, da dosežemo želene enote:

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

Ali pa kar je isto:

(Molarna masa) (1 / D) = V

(Molarna masa / D) = V

Tako je mogoče enostavno izračunati prostornino enega molekula atomov; medtem ko sferična formula volumna izračuna prostornino posameznega atoma. Za dosego te vrednosti iz prve je potrebna pretvorba preko Avogadrove številke (6,02 · 10 ^-23 ).

Kako se spreminja atomska prostornina v periodični tabeli?

Če se atomi štejejo za sferične, bo njihova variacija enaka tisti, ki jo opazimo v atomskem polmeru. Na zgornji sliki, ki prikazuje reprezentativne elemente, je prikazano, da se od desne proti levi atomi zmanjšajo; namesto tega od zgoraj navzdol postanejo bolj obsežni.

To je zato, ker v istem obdobju jedro vključuje protone, ko se premika v desno. Ti protoni izvajajo privlačno silo na zunanje elektrone, ki čutijo učinkovit jedrski naboj Z _ef , manjši od pravega jedrskega naboja Z.

Elektroni notranjih lupin odbijajo tiste zunanje lupine, kar zmanjšuje vpliv jedra na njih; to je znano kot učinek zaslona. V istem obdobju zaslonski učinek ne more preprečiti povečanja števila protonov, zato elektroni v notranji lupini ne preprečijo, da bi se atomi skrčili.

Vendar spuščanje v skupino omogoča nove energetske ravni, ki omogočajo, da elektroni krožijo dalje od jedra. Prav tako se poveča število elektronov v notranji lupini, katerih zaščitni učinki se začnejo zmanjševati, če jedro spet doda protone.

Zaradi tega je razvidno, da ima skupina 1A najbolj voluminozne atome plemenitih plinov, za razliko od majhnih atomov skupine 8A (ali 18).

Atomske količine prehodnih kovin

Atomi prehodnih kovin vključujejo elektrone v notranje d orbitale. To povečanje učinka zaslona in tako kot tudi pravi jedrski naboj Z odpoveta skoraj enako, tako da njuni atomi v istem obdobju ohranijo podobno velikost.

Z drugimi besedami: v enem obdobju imajo prehodne kovine podobne atomske količine. Vendar so te majhne razlike izjemno pomembne pri definiranju kovinskih kristalov (kot da bi bili kovinski marmorji).

Primeri

Za izračun atomske prostornine elementa sta na voljo dve matematični formuli, vsaka z ustreznimi primeri.

Primer 1

Glede na atomski polmer vodika -37 pm (1 pikometer = 10 ^-12 m) - in cezij -265 pm-, izračunajte njihovo atomsko količino.

Z uporabo formule sferične prostornine imamo:

V _H = (4/3) (3,14) ( 37:00 ) ³ = 212,07 pm ³

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

Vendar so te količine, izražene v pikometrih, pretirane, zato jih pretvorimo v enote angstroma, pomnožimo jih s pretvorbenim faktorjem (1Å / 100pm) ³ :

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

(77912297.67 pm ³ ) (1Å / 100pm) ³ = 77.912 Å ³

Tako so številčne razlike med majhnim atomom H in obsežnim atomom Cs številčno dokazane. Upoštevati je treba, da so ti izračuni le približki pod izjavo, da je atom popolnoma sferičen, ki se sprehaja pred resničnostjo.

Primer 2

Gostota čistega zlata je 19,32 g / ml, njegova molarna masa pa je 196,97 g / mol. Z uporabo formule M / D za izračun prostornine enega mola zlatih atomov dobimo naslednje:

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

To pomeni, da 1 mol zlatih atomov zavzema 10,19 ml, toda kakšen volumen ima zlati atom posebej? In kako to izraziti v enotah pm ³ ? Za to preprosto uporabite naslednje faktorje pretvorbe:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10 ^-23 atomov) · (1 m / 100 cm) ³ · (1 pm / 10 ^-12 m) ³ = 16,92 · 10 ¹⁸ pm ³

Po drugi strani je atomski polmer zlata 166 pm. Če primerjamo oba volumna - prejšnjo metodo in izračunano s formulo sferične prostornine -, ugotovimo, da nimata enake vrednosti:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 pm) ³ = 19.15 · 10 ^C6 pm ³

Kateri od teh dveh je najbližje sprejeti vrednosti? Tisti, ki je najbližji eksperimentalnim rezultatom, dobljenim z rentgensko difrakcijo kristalne strukture zlata.

Reference

1. Helmenstine, Anne Marie, dr. (9. december 2017). Opredelitev atomske prostornine. Pridobljeno 6. junija 2018 z: thinkco.com
2. Mayfair, Andrew. (13. marec 2018). Kako izračunati prostornino atoma. Sciaching. Pridobljeno 6. junija 2018 z: sciaching.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Atomske krivulje volumna Lothar Meyer. Pridobljeno 6. junija 2018 z: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Periodični trendi: Atomski polmer. Pridobljeno 6. junija 2018, z: groups.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpič. Atomska prostornina in gostota. Pridobljeno 6. junija 2018 z: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemija. (8. izd.). CENGAGE Učenje, str 222-224.
7. Fundacija CK-12. (22. februar 2010). Primerjalne atomske velikosti. . Pridobljeno 6. junija 2018 z: commons.wikimedia.org
8. Fundacija CK-12. (22. februar 2010). Atomski polmer H ₂ . . Pridobljeno 6. junija 2018 z: commons.wikimedia.org