Атомният обем: как се изменя в периодичната таблица и примери

Атомният обем е относителна стойност, която показва връзката между моларната маса на елемента и неговата плътност. Тогава този обем зависи от плътността на елемента, а плътността на свой ред зависи от фазата и от начина, по който са подредени атомите в него.

Така че атомният обем за елемент Z не е същият в друга фаза, различна от тази, която показва при стайна температура (течност, твърдо вещество или газ), или когато е част от някои съединения. По този начин, атомният обем на Z в съединение ZA е различен от този на Z в съединение ZB.

Защо? За да го разберем, е необходимо да сравним атомите с, например, мрамори. Мраморите, като синкавите на превъзходния образ, много добре са дефинирали материалната си граница, която се наблюдава благодарение на блестящата му повърхност. За разлика от това границата на атомите е дифузна, въпреки че те могат да се считат за дистанционно сферични.

Така, това, което определя точка отвъд атомната граница, е нулевата вероятност за намиране на електрон, и тази точка може да бъде по-далеч или по-близо до ядрото в зависимост от това колко съседни атома взаимодействат около разглеждания атом.

Атомният обем и радиус

При взаимодействие на два атома Н в молекулата Н _{2 се} определят позициите на техните ядра, както и разстоянията между тях (междуядерни разстояния). Ако двата атома са сферични, радиусът е разстоянието между ядрото и дифузната граница:

В горното изображение може да се види как намалява вероятността за намиране на електрон при отдръпване от ядрото. Разделяйки междуядреното разстояние между две, се получава атомният радиус. След това, приемайки сферична геометрия за атомите, използваме формулата, за да изчислим обема на сферата:

V = (4/3) (Pi) r3

В този израз r е атомният радиус, определен за молекулата Н2. Стойността на V, изчислена чрез този неточен метод, може да се промени, ако например Н2 се счита, че е в течно или метално състояние. Този метод обаче е много неточен, тъй като формите на атомите са далеч от идеалната сфера в техните взаимодействия.

За да се определят атомните обеми в твърдите вещества, се вземат предвид много променливи, свързани с подреждането, и те се получават чрез рентгенови дифракционни изследвания.

Допълнителна формула

Моларната маса изразява количеството вещество, което има мол атоми на химически елемент.

Неговите единици са g / mol. От друга страна, плътността е обемът, който заема един грам от елемента: g / mL. Тъй като единиците на атомния обем са ml / mol, трябва да играете с променливите, за да достигнете до желаните единици:

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

Или какво е същото:

(Моларна маса) (1 / D) = V

(Моларна маса / D) = V

По този начин, обемът на един мол атоми на елемент може лесно да се изчисли; докато с формулата на сферичния обем се изчислява обемът на отделния атом. За да се достигне тази стойност от първата, е необходимо преобразуване чрез числото на Авогадро (6.02 · 10-23).

Как се променя атомният обем в периодичната таблица?

Ако атомите се считат за сферични, тогава тяхната вариация ще бъде същата като наблюдаваната в атомните радиуси. В горното изображение, което показва представителните елементи, е илюстрирано, че от дясно на ляво атомите са джуджета; от друга страна, от горе до долу те стават по-обемни.

Това е така, защото в същия период ядрото включва протони, докато се движи надясно. Тези протони проявяват атрактивна сила върху външните електрони, които усещат ефективен ядрен заряд Z _ef, по-малък от действителния ядрен заряд Z.

Електроните на вътрешните слоеве отблъскват тези на външния слой, намалявайки ефекта на ядрото върху тях; Това е известно като ефект на екрана. В същия период ефектът на екрана не успява да противодейства на увеличаването на броя на протоните, така че електроните на вътрешния слой не пречат на свиването на атомите.

Обаче, слизайки в група, се активират нови енергийни нива, които позволяват на електроните да се движат по-далеч от ядрото. Също така се увеличава броят на електроните във вътрешния слой, чиито ефект на екраниране започва да намалява, ако ядрото добави отново протони.

По тези причини може да се види, че група 1А има най-обемни атоми, за разлика от малките атоми от група 8А (или 18), като тези на благородните газове.

Атомни обеми на преходни метали

Атомите на преходните метали включват електрони във вътрешните орбитали d. Това увеличение на ситовия ефект и, както и на реалния ядрен заряд Z, се отменят почти еднакво, така че техните атоми запазват същия размер в същия период.

С други думи: в един период преходните метали имат сходни атомни обеми. Тези малки разлики обаче са изключително важни при определянето на металните кристали (като че ли са метални мрамори).

Примери

На разположение са две математически формули за изчисляване на атомния обем на елемент, всеки със съответните си примери.

Пример 1

Като се има предвид атомния радиус на водорода -37 pm (1 пикометър = 10-12m) - и цезий -265 pm-, изчислете атомните си обеми.

Използвайки формулата на сферичния обем, тогава имаме:

VH = (4/3) (3.14) (37 pm) 3 = 212.07 pm3

_VCs = (4/3) (3.14) (265 pm) 3 = 77912297, 67 pm3

Обаче тези обеми, изразени в пирометри, са прекомерни, така че те се трансформират в единици ангстрем, като ги умножават с коефициента на преобразуване (1Å / 100pm) 3:

(212.07 pm3) (1А / 100pm) 3 = 2.1207 х 10-4 АЗ

(77912297.67 pm3) (IA / 100pm) 3 = 77, 912 АЗ

Така разликите в размера между малкия атом на Н и обемния атом на Сс остават числено очевидни. Трябва да се има предвид, че тези изчисления са само приближения под твърдението, че атомът е напълно сферичен, който се скита в лицето на реалността.

Пример 2

Плътността на чистото злато е 19.32 g / mL и моларната му маса е 196.97 g / mol. Прилагането на формулата M / D за изчисляване на обема на един мол атоми от злато има следното:

V _Au = (196.97 g / mol) / (19.32 g / mL) = 10.19 mL / mol

Това означава, че 1 мол златни атоми заемат 10.19 мл, но какъв обем специфично заема един златен атом? И как да го изразя в единици pm3? За това просто трябва да приложите следните коефициенти на преобразуване:

(10.19 mL / mol) · (mol / 6.02 · 10-23 атома) · (1 m / 100 cm) 3 · (1 pm / 10-12m) 3 = 16.92 · 106 pm3

От друга страна, атомният радиус на златото е 166 pm. Ако сравните двата тома - този, получен по предишния метод, и този, изчислен с формулата на сферичния обем - ще откриете, че те нямат една и съща стойност:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 pm) 3 = 19.15 · 106 pm3

Кое от двете е най-близо до приетата стойност? Този, който е най-близо до експерименталните резултати, получени чрез рентгенова дифракция на кристалната структура на златото.