الحجم الذري: كيف يتغير في الجدول الدوري والأمثلة
الحجم الذري هو قيمة نسبية تشير إلى العلاقة بين الكتلة المولية للعنصر وكثافته. ثم ، يعتمد هذا الحجم على كثافة العنصر ، وتعتمد الكثافة بدوره على الطور وعلى كيفية ترتيب الذرات داخلها.
وبالتالي فإن الحجم الذري لعنصر Z ليس هو نفسه في مرحلة أخرى مختلفة عن تلك التي تظهر في درجة حرارة الغرفة (سائلة ، صلبة أو غازية) ، أو عندما تكون جزءًا من مركبات معينة. وبالتالي ، فإن الحجم الذري Z في المركب ZA يختلف عن الحجم Z في المركب ZB.
لماذا؟ لفهمها ، من الضروري مقارنة الذرات بالرخام ، على سبيل المثال. لقد حددت الرخام ، مثله مثل تلك المزرقة في الصورة الفائقة ، حدودها المادية ، والتي يتم ملاحظتها بفضل سطحها اللامع. في المقابل ، فإن حدود الذرات منتشرة ، على الرغم من أنها يمكن اعتبارها كروية عن بعد.
وبالتالي ، فإن ما يحدد نقطة ما وراء الحدود الذرية هو الاحتمال الخالي لإيجاد إلكترون ، وقد تكون هذه النقطة أبعد أو أقرب إلى النواة اعتمادًا على عدد الذرات المجاورة التي تتفاعل حول الذرة قيد الدراسة.
الحجم الذري ونصف القطر
عند تفاعل ذرتين من H في جزيء H2 ، يتم تعريف مواقع نواتها وكذلك المسافات بينها (المسافات النووية). إذا كانت كلتا الذرتين كروية ، فإن نصف القطر هو المسافة بين النواة والحدود المنتشرة:
في الصورة العلوية ، يمكن ملاحظة كيف تقل احتمالية العثور على إلكترون مع ابتعاده عن النواة. بتقسيم المسافة النووية بين اثنين ، يتم الحصول على نصف القطر الذري. بعد ذلك ، بافتراض هندسة كروية للذرات ، نستخدم الصيغة لحساب حجم الكرة:
V = (4/3) (Pi) r3
في هذا التعبير ، r هو نصف القطر الذري المحدد لجزيء H2. يمكن أن تتغير قيمة V المحسوبة بهذه الطريقة غير الدقيقة إذا ، على سبيل المثال ، تم اعتبار H2 في حالة سائلة أو معدنية. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة غير دقيقة للغاية لأن أشكال الذرات بعيدة عن المجال المثالي في تفاعلاتها.
لتحديد الأحجام الذرية في المواد الصلبة ، يتم أخذ العديد من المتغيرات المتعلقة بالترتيب في الاعتبار ، ويتم الحصول عليها من خلال دراسات حيود الأشعة السينية.
صيغة إضافية
تعبر الكتلة المولية عن مقدار المادة التي تحتوي على مول من ذرات عنصر كيميائي.
وحداتها هي غرام / مول. من ناحية أخرى ، تكون الكثافة هي الحجم الذي يشغل غرامًا واحدًا من العنصر: g / mL. نظرًا لأن وحدات الحجم الذري تكون mL / mol ، يجب أن تلعب مع المتغيرات للوصول إلى الوحدات المطلوبة:
(جم / مول) (مل / جم) = مل / مول
أو ما هو نفسه:
(الكتلة المولية) (1 / D) = V
(الكتلة المولية / D) = V
وبالتالي ، يمكن بسهولة حساب حجم جزيء واحد من ذرات عنصر ؛ بينما مع صيغة المجلد الكروي يتم حساب حجم الذرة الفردية. للوصول إلى هذه القيمة من الأولى ، يلزم إجراء تحويل من خلال رقم Avogadro (6.02 · 10-23).
كيف يختلف الحجم الذري في الجدول الدوري؟
إذا تم اعتبار الذرات كروية ، فسيكون تباينها كما هو ملاحظ في نصف القطر الذري. في الصورة العلوية ، التي توضح العناصر التمثيلية ، يتضح أنه من اليمين إلى اليسار تتفشى الذرات ؛ من ناحية أخرى ، من الأعلى إلى الأسفل يصبحون أكثر ضخامة.
هذا لأنه في نفس الفترة تضم النواة البروتونات وهي تتحرك إلى اليمين. هذه البروتونات تمارس قوة جذابة على الإلكترونات الخارجية ، والتي تشعر بأنها شحنة نووية فعالة Z ef ، أقل من الشحنة النووية الفعلية Z.
تقوم إلكترونات الطبقات الداخلية بصد تلك الطبقة الخارجية ، مما يقلل من تأثير النواة عليها ؛ هذا هو المعروف باسم تأثير الشاشة. في نفس الفترة ، لا يعمل تأثير الشاشة على مقاومة الزيادة في عدد البروتونات ، وبالتالي لا تمنع إلكترونات الطبقة الداخلية من تقلص الذرات.
ومع ذلك ، بالنزول إلى مجموعة ، يتم تمكين مستويات جديدة من الطاقة ، مما يسمح للإلكترونات بالمدار بعيدًا عن النواة. بالإضافة إلى ذلك ، يزداد عدد الإلكترونات في الطبقة الداخلية ، التي تبدأ آثارها في التدهور في التضاؤل إذا أضافت النواة البروتونات مرة أخرى.
لهذه الأسباب ، يمكن ملاحظة أن المجموعة 1 أ تحتوي على أكثر الذرات كثافة ، على عكس ذرات المجموعة 8 أ (أو 18) ذرات الغازات النبيلة.
الكميات الذرية للمعادن الانتقالية
تحتوي ذرات الفلزات الانتقالية على الإلكترونات إلى المدارات الداخلية د. يتم إلغاء هذه الزيادة في تأثير الشاشة ، وكذلك الشحنة النووية الحقيقية Z ، بشكل متساوٍ تقريبًا ، بحيث تحتفظ ذراتها بنفس الحجم في نفس الفترة.
بمعنى آخر: في فترة ما ، تظهر الفلزات الانتقالية أحجامًا ذرية مماثلة. ومع ذلك ، فإن هذه الاختلافات الصغيرة لها أهمية كبيرة عند تحديد البلورات المعدنية (كما لو كانت رخامية معدنية).
أمثلة
تتوفر صيغتان رياضيتان لحساب الحجم الذري لعنصر ، ولكل منها أمثلةها المقابلة.
مثال 1
بالنظر إلى نصف قطر ذرة الهيدروجين -37 م (1 بيكومتر = 10-12 م) - والسيزيوم -265 م- ، احسب أحجامها الذرية.
باستخدام صيغة المجلد الكروي ، لدينا:
V H = (4/3) (3.14) (37 مساءً) 3 = 212.07 م 3
V Cs = (4/3) (3.14) (265 pm) 3 = 77912297،67 pm3
ومع ذلك ، فإن تلك الكميات التي يتم التعبير عنها بالبيرومترات باهظة ، وبالتالي يتم تحويلها إلى وحدات من الأنجستروم ، مما يضاعفها بعامل التحويل (1Å / 100 مساءً) 3:
(212.07 م 3) (1Å / 100 م) 3 = 2.1207 × 10-4 Å3
(77912297.67 م 3) (1/100 م) 3 = 77912 م 3
وبالتالي ، فإن الاختلافات في الحجم بين ذرة H الصغيرة والذرة الضخمة لـ Cs تظل واضحة عدديًا. يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن هذه الحسابات هي فقط تقريبية تحت الادعاء بأن الذرة كروية تمامًا ، والتي تتجول في وجه الواقع.
مثال 2
كثافة الذهب الخالص 19.32 جم / مل وكتلتها المولية 196.97 جم / مول. يحتوي تطبيق الصيغة M / D لحساب حجم ذرة واحدة من ذرات الذهب على ما يلي:
V Au = (196.97 جم / مول) / (19.32 جم / مل) = 10.19 مل / مول
أي أن ذرة واحدة من ذرات الذهب تشغل 10.19 مل ، ولكن ما حجم ذرة الذهب التي تشغلها على وجه التحديد؟ وكيف يمكن التعبير عنها بوحدات pm3؟ لهذا ببساطة قم بتطبيق عوامل التحويل التالية:
(10.19 مل / مول) · (مول / 6.02 · 10-23 ذرة) · (1 م / 100 سم) 3 · (1 م / 10-12 م) 3 = 16.92 · 106 م 3
من ناحية أخرى ، يبلغ نصف قطر الذهب الذري 166 م. إذا قارنت كلا المجلدين - المجلد الذي تم الحصول عليه بالطريقة السابقة والمجلد المحسوب مع صيغة المجلد الكروي - فستجد أنهما لا يملكان نفس القيمة:
V Au = (4/3) (3.14) (166 pm) 3 = 19.15 · 106 pm3
أي من الاثنين هو الأقرب إلى القيمة المقبولة؟ هو الأقرب إلى النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها بواسطة حيود الأشعة السينية للهيكل البلوري للذهب.
