Ατομικές και ιοντικές ακτίνες

Τα άτομα είναι τόσο μικρά που τα κελύφη ηλεκτρονίων τους μοιάζουν περισσότερο με σύννεφο παρά με σφαιρικά κελύφη, γεγονός που καθιστά δύσκολο τον προσδιορισμό του μεγέθους του ατόμου. Είναι σημαντικό να γνωρίζετε ότι δύο από τις πιο συχνά χρησιμοποιούμενες μετρήσεις μεγέθους ατόμου είναι η ατομική και η ιοντική ακτίνα. Καλύπτονται όλες οι αντιθέσεις και οι τάσεις του περιοδικού πίνακα και οι ορισμοί της ατομικής και ιοντικής ακτίνας.

Ο χώρος μεταξύ δύο ατόμων μπορεί να μετρηθεί χρησιμοποιώντας την ατομική ακτίνα.

Όταν μετριέται από το κέντρο του πυρήνα μέχρι το εξώτατο όριο του κελύφους ηλεκτρονίων, η ατομική ακτίνα ενός ουδέτερου ατόμου μετρά αυτή την απόσταση κατά μέσο όρο. Οι ατομικοί πυρήνες απομονωμένων ουδέτερων ατόμων έχουν μέγεθος από 30 έως 300 πικόμετρα (τρισεκατομμυριοστά του μέτρου). Το καίσιο είναι το μεγαλύτερο άτομο στο σύμπαν, ενώ το ήλιο είναι το μικρότερο. Το μέγεθος ενός ατόμου καθορίζεται από τον αριθμό των ηλεκτρονίων που περιέχει. Οι διαφορές μεταξύ ατομικών πυρήνων και ατομικών τροχιακών μπορεί να παρατηρηθούν στις ακτίνες των πυρήνων (1 έως 10 femtometers). Ή, για να το θέσω αλλιώς, η ακτίνα ενός ατόμου είναι μόνο το ένα εκατοστό του μήκους κύματος του ορατού φωτός (400 έως 700 nm).

Ο αριθμός κάθε ατόμου θα ποικίλλει ανάλογα με την αναφορά που επιλέγετε, καθώς το άκρο του κελύφους ηλεκτρονίων δεν περιγράφεται με ακρίβεια. Πιο σημαντικά από τους ακριβείς ατομικούς αριθμούς είναι τα σχετικά μεγέθη των ατόμων.

Μέγεθος ατομικής και ιοντικής ακτίνας

Στον Περιοδικό Πίνακα Ατομικής Ακτίνας, η διάμετρος ενός ατόμου αντιπροσωπεύεται από τις στήλες του περιοδικού πίνακα. Το καίσιο, το μεγαλύτερο άτομο που έχει ανακαλυφθεί ποτέ, χρησιμοποιείται για τη μέτρηση των σχετικών μεγεθών άλλων ατόμων.

Η ατομική ακτίνα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του μεγέθους ενός ουδέτερου ατόμου, ενώ η ιοντική ακτίνα χρησιμοποιείται για τη μέτρηση του μεγέθους ενός ηλεκτρικά φορτισμένου ατόμου. Η ιοντική ακτίνα ισούται με το μισό της απόστασης μεταξύ δύο χημικά συνδεδεμένων αερίων ή την ακτίνα του μονοατομικού ηλεκτρονίου ενός στοιχείου μέσα σε έναν ιοντικό κρύσταλλο (ή το αντίστροφο). Μεταξύ 31 μ.μ. και άνω των 200 μ.μ. είναι η ιοντική ακτίνα.

Σύγκριση ατομικών και ιοντικών ακτίνων και μεγεθών

Τα ιόντα έχουν διαφορετικές τιμές ανάλογα με το περιβάλλον αφού η ιοντική ακτίνα δεν είναι σταθερή. Οι μετρήσεις της ιοντικής ακτίνας επηρεάζονται από τον αριθμό των συντεταγμένων και την κατάσταση σπιν. Μια τεχνική γνωστή ως κρυσταλλογραφία ακτίνων Χ χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της ακτίνας των ιοντικών ατόμων. Ο Pauling χρησιμοποίησε το ενεργό πυρηνικό φορτίο για να υπολογίσει την ιοντική ακτίνα. Οι πίνακες ιοντικών ακτίνων περιγράφουν γενικά τον τρόπο υπολογισμού των τιμών.

Υπάρχει μια μετατόπιση στον περιοδικό πίνακα των στοιχείων

Λόγω της επίδρασης που έχει η διαμόρφωση ηλεκτρονίων στην οργάνωση του περιοδικού πίνακα, η ατομική και η ιοντική ακτίνα χρησιμοποιούνται για την εμφάνιση της περιοδικότητας:
Μπορεί να το δει κανείς όταν προχωρά μαζί με μια ομάδα ή στήλη περιοδικού πίνακα. Τα άτομα που δημιουργούν κελύφη ηλεκτρονίων δεν έχουν καμία σχέση με αυτό.
Καθώς κάποιος διασχίζει τον περιοδικό πίνακα, η ακτίνα ενός ατόμου ή ενός ιόντος γίνεται όλο και μικρότερη. Καθώς ο αριθμός των πρωτονίων αυξάνεται, η έλξη μεταξύ τους οδηγεί σε μια πιο στενή σύζευξη. Αντί να ακολουθήσουν αυτή τη γενική τάση, τα ευγενή αέρια πάνε εναντίον της. Σε σύγκριση με το προηγούμενο άτομο αλογόνου, το ευγενές αέριο έχει μεγαλύτερη μάζα.

Ποια είναι η ανομοιότητα μεταξύ ατομικής και ιοντικής ακτίνας;

Η ατομική και η ιοντική ακτίνα στον περιοδικό πίνακα είναι πανομοιότυπες. Σύμφωνα με το ηλεκτρικό του φορτίο, ωστόσο, η ιοντική ακτίνα ενός στοιχείου μπορεί να είναι μεγαλύτερη ή μικρότερη από την ατομική ακτίνα. Η ιοντική ακτίνα αυξάνεται όταν υπάρχει αρνητικό φορτίο, αλλά μειώνεται όταν υπάρχει θετικό φορτίο.

Μετά την απώλεια ενός ή περισσότερων ηλεκτρονίων, τα θετικά φορτισμένα ηλεκτρόνια απελευθερώνονται από τον πυρήνα, καθιστώντας τον πυρήνα μικρότερο από πριν. Επειδή συχνά παράγουν κατιόντα, τα μέταλλα έχουν μικρότερη ιοντική ακτίνα από την ατομική τους ακτίνα.

Ένα άτομο πρέπει να αποκτήσει ένα ή περισσότερα ηλεκτρόνια και να επεκταθεί σε μεγαλύτερο μέγεθος από το ουδέτερο άτομο για να δημιουργήσει ένα ανιόν. Επειδή τα αμέταλλα σχηματίζουν τακτικά ανιόντα, η ιοντική ακτίνα τους είναι γενικά μεγαλύτερη από την ατομική τους ακτίνα. Όταν πρόκειται για αλογόνα, αυτό είναι πολύ εμφανές.

Βοήθεια για το σπίτι με ερωτήσεις ατομικής και ιοντικής ακτίνας

Οι μαθητές συνήθως παρακινούνται από τη διαφορά στην ατομική και ιοντική ακτίνα και τα μοτίβα του περιοδικού πίνακα όταν τους ζητείται να τακτοποιήσουν τα μεγέθη των ατόμων και των ιόντων.

Σκεφτείτε αυτό ως παράδειγμα:Για να αυξήσετε το μέγεθος, παρακάτω είναι τα είδη που πρέπει να συμπεριλάβετε στη λίστα σας. Είναι όλα για το Te και το Rb. Είναι όλα σχετικά με το Te και το Rb+. Είναι όλα σχετικά με το F και το F-. Είναι όλα σχετικά με το F και το Rb+. Είναι όλα σχετικά με το F και το F–.

Για να οργανώσετε άτομα και ιόντα, δεν χρειάζεται να γνωρίζετε τις διαστάσεις τους. Επειδή έπρεπε να εγκαταλείψει ένα ηλεκτρόνιο για να δημιουργήσει το ιόν, το κατιόν του ρουβιδίου είναι μικρότερο από το άτομο του ρουβιδίου. Γνωρίζετε επίσης ότι η απώλεια ενός ηλεκτρονίου προκάλεσε την απώλεια ενός κελύφους ηλεκτρονίων στο ρουβίδιο. Η προσθήκη ενός ηλεκτρονίου έχει αυξήσει το μέγεθος του ανιόντος φθορίου σε σχέση με το άτομο φθορίου, όπως φαίνεται στο σχήμα.

Ο περιοδικός πίνακας μπορεί να συγκρίνει τα ατομικά μεγέθη διαφορετικών στοιχείων. Υπάρχει λιγότερο τελλούριο στο άτομο του ρουβιδίου από ό,τι στο πρώτο επειδή η ατομική ακτίνα του τελλουρίου συρρικνώνεται με την αυξανόμενη ανάπτυξη. Το τελλούριο έχει μεγαλύτερο άτομο από το ρουβίδιο επειδή έχει ένα επιπλέον κέλυφος ηλεκτρονίων.

Υπολογισμός ατομικής και ιοντικής ακτίνας

Είναι δυνατός ο υπολογισμός του μεγέθους ενός ατόμου χρησιμοποιώντας την ατομική ακτίνα, την ιοντική ακτίνα, την ομοιοπολική ακτίνα και την ακτίνα van der Waals. Μόνο η ατομική ακτίνα μπορεί να είναι μικρότερη από τον ατομικό πυρήνα ως προς το μέγεθος.
Το μισό της διαμέτρου της ατομικής ακτίνας ενός ουδέτερου ατόμου. Με άλλους όρους, είναι το ήμισυ της διαμέτρου ενός ατόμου όταν μετριέται στα εξωτερικά σταθερά ηλεκτρόνια του ατόμου.
Η μισή απόσταση χωρίζει μόρια αερίου με ιοντική ακτίνα. Για τα ανιόντα και τα κατιόντα, η ατομική ακτίνα μπορεί να διαφέρει από αυτή του ατομικού πυρήνα, ανάλογα με τη σύνθεση της χημικής ένωσης.
Στον περιοδικό πίνακα, η ακτίνα ενός ατόμου και η ακτίνα ενός ιόντος είναι ίδιες. Η ακτίνα μειώνεται καθώς κάποιος προχωρά σε μια ομάδα και αυξάνεται καθώς μετακινείται προς τα κάτω σε μια ομάδα (στήλη).

Συμπέρασμα

Οι ιοντικές ακτίνες διερευνώνται σε περαιτέρω βάθος σε αυτό το άρθρο. Η ατομική και η ιοντική ακτίνα δεν είναι ο μόνος μετρητής του μεγέθους ενός αντικειμένου. Οι ομοιοπολικές, οι ακτίνες van der Waals, οι μεταλλικές και οι ακτίνες Bohr είναι όλες ανώτερες από τις ακτίνες Bohr υπό ορισμένες συνθήκες. Αυτό συμβαίνει επειδή η συμπεριφορά του χημικού δεσμού καθορίζει το μέγεθος ενός ατόμου.

Η ακτίνα των ομοιοπολικά συνδεδεμένων ατόμων ενός στοιχείου εννοείται με τον όρο "ομοιοπολική ακτίνα". Το άθροισμα των ομοιοπολικών ακτίνων πρέπει να ταιριάζει με την απόσταση μεταξύ των ατόμων ή το μήκος του ομοιοπολικού δεσμού τους όταν εκφράζεται σε μόρια ως η απόσταση μεταξύ των ατομικών πυρήνων.