- Atoma tilpums un rādiuss
- Papildu formula
- Kā periodiskajā tabulā mainās atoma tilpums?
- Pārejas metālu atomu tilpumi
- Piemēri
- 1. piemērs
- 2. piemērs
- Atsauces
Atomu tilpums ir relatīva vērtība, kura norāda uz saistību starp molāro masu elementa un tā blīvums. Tātad šis tilpums ir atkarīgs no elementa blīvuma, un blīvums savukārt ir atkarīgs no fāzes un no tā, kā atomi tajā ir izvietoti.
Tātad elementa Z atomu tilpums nav vienāds citā fāzē, nevis tajā, kuru tas uzrāda istabas temperatūrā (šķidrā, cietā vai gāzveida) vai kad tas ir daļa no noteiktiem savienojumiem. Tādējādi Z atomu tilpums savienojumā ZA atšķiras no Z tilpuma savienojumā ZB.
Kāpēc? Lai to saprastu, ir jāsalīdzina atomi ar, piemēram, bumbiņām. Marmoram, tāpat kā zilganajam attēlā iepriekš, ir ļoti precīzi noteikta materiāla robeža, ko var redzēt, pateicoties to spīdīgajai virsmai. Turpretī atomu robeža ir izkliedēta, kaut arī tos var uzskatīt par attālināti sfēriskiem.
Tādējādi tas, kas nosaka punktu aiz atomu robežas, ir nulles varbūtība atrast elektronu, un šis punkts var atrasties tālāk vai tuvāk kodolam atkarībā no tā, cik kaimiņu atomi mijiedarbojas ap apskatāmo atomu.
Atoma tilpums un rādiuss
Ja abi atomi mijiedarbojas ar H H molekulu divās daļās , to centru pozīcijas tiek definētas kā attālumi starp šiem (starpkodolu attālumi). Ja abi atomi ir sfēriski, rādiuss ir attālums starp kodolu un izplūdušo robežu:
Iepriekš redzamajā attēlā varat redzēt, kā samazinās elektrona atrašanas varbūtība, kad tas attālinās no kodola. Tad, dalot starpkodolu attālumu ar diviem, iegūst atoma rādiusu. Pēc tam, pieņemot sfērisku atomu ģeometriju, lodes tilpuma aprēķināšanai izmanto formulu:
V = (4/3) (Pi) r 3
Šajā izteiksmē r ir atoma rādiuss, kas noteikts H 2 molekulai . Ar šo neprecīzo metodi aprēķinātā V vērtība var mainīties, ja, piemēram, H 2 ir šķidrā vai metāliskā stāvoklī. Tomēr šī metode ir ļoti neprecīza, jo atomu formas to mijiedarbībā ir ļoti tālu no ideālās sfēras.
Lai noteiktu atomu tilpumus cietās daļās, tiek ņemti vērā daudzi mainīgie lielumi, kas attiecas uz izkārtojumu un kurus iegūst rentgenstaru difrakcijas pētījumos.
Papildu formula
Molārā masa izsaka vielas daudzumu, kurā ir ķīmiskā elementa atomu mols.
Tās vienības ir g / mol. No otras puses, blīvums ir tilpums, ko aizņem grams elementa: g / ml. Tā kā atoma tilpuma vienības ir ml / mol, mums jāspēlē ar mainīgajiem, lai iegūtu vēlamās vienības:
(g / mol) (ml / g) = ml / mol
Vai kas ir tas pats:
(Molārā masa) (1 / D) = V
(Molārā masa / D) = V
Tādējādi elementa atomu viena mola tilpumu var viegli aprēķināt; savukārt sfēriskā tilpuma formula aprēķina atsevišķa atoma tilpumu. Lai iegūtu šo vērtību no pirmās, ir jāveic konvertācija, izmantojot Avogadro numuru (6.02 · 10 -23 ).
Kā periodiskajā tabulā mainās atoma tilpums?
Ja atomi tiek uzskatīti par sfēriskiem, tad to variācijas būs tādas pašas kā novērotās atomu rādiusā. Augšējā attēlā, kurā parādīti reprezentatīvi elementi, ir parādīts, ka no labās uz kreiso atomi kļūst mazāki; tā vietā, no augšas uz leju, tie kļūst apjomīgāki.
Tas ir tāpēc, ka tajā pašā laika posmā kodolā ir iekļauti protoni, virzoties pa labi. Šie protoni rada pievilcīgu spēku ārējiem elektroniem, kuri jūt efektīvu kodola lādiņu Z ef , mazāk nekā reālais kodola lādiņš Z.
Iekšējo čaulu elektroni atgrūž ārējā apvalka elektronus, samazinot kodola iedarbību uz tiem; tas ir pazīstams kā ekrāna efekts. Tajā pašā laika posmā ekrāna efekts nevar neitralizēt protonu skaita palielināšanos, tāpēc elektroni iekšējā apvalkā neliedz atomiem sarauties.
Tomēr nolaišanās grupā dod iespēju sasniegt jaunus enerģijas līmeņus, kas elektroniem ļauj orbītā tālāk no kodola. Tāpat palielinās elektronu skaits iekšējā apvalkā, kuru ekranēšanas efekti sāk mazināties, ja kodols atkal pievieno protonus.
Šo iemeslu dēļ tiek atzīts, ka 1.A grupā ir lielākie atomu tilpumi, atšķirībā no cieto gāzu atomiem, atšķirībā no 8A grupas (vai 18) mazajiem atomiem.
Pārejas metālu atomu tilpumi
Pārejas metāla atomi iekļauj elektronus iekšējās d orbitālēs. Šis ekrāna efekta pieaugums un, kā arī reālais kodolierīce Z, gandrīz vienādi tiek dzēsts, lai to atomi tajā pašā laika posmā saglabātu līdzīgu izmēru.
Citiem vārdiem sakot: vienā periodā pārejas metāliem ir līdzīgi atomu tilpumi. Tomēr šīs mazās atšķirības ir ārkārtīgi nozīmīgas, nosakot metāla kristālus (it kā tie būtu metāla bumbiņas).
Piemēri
Elementa atomu tilpuma aprēķināšanai ir pieejamas divas matemātiskas formulas, katra ar atbilstošajiem piemēriem.
1. piemērs
Ņemot vērā ūdeņraža atoma rādiusu -37 pm (1 pikometrs = 10 -12 m) un cēzija -265 pm-, aprēķiniet to atomu tilpumus.
Izmantojot sfērisko tilpuma formulu, mums ir:
V H = (4/3) (3.14) (37 pm) 3 = 212.07 pm 3
V Cs = (4/3) (3.14) (265 pm) 3 = 77912297.67 pm 3
Tomēr šie pikometros izteiktie apjomi ir pārmērīgi, tāpēc tie tiek pārveidoti par angstromu vienībām, reizinot tos ar konversijas koeficientu (1Å / 100pm) 3 :
(212.07 pm 3 ) (1Å / 100pm) 3 = 2,1207 × 10 -4 Å 3
(77912297,67 pm 3 ) (1 A / 100 pm) 3 = 77,912 A 3
Tādējādi skaitliski tiek parādītas lieluma atšķirības starp mazo H atomu un lielgabarīta Cs atomu. Jāatzīmē, ka šie aprēķini ir tikai tuvinājumi apgalvojumam, ka atoms ir pilnīgi sfērisks, un tas klīst realitātes priekšā.
2. piemērs
Tīrā zelta blīvums ir 19,32 g / ml, un tā molārā masa ir 196,97 g / mol. Izmantojot M / D formulu, lai aprēķinātu viena mola zelta atomu tilpumu, iegūst sekojošo:
V Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / ml) = 10,19 ml / mol
Tas ir, 1 mol zelta atomu aizņem 10,19 ml, bet kādu tilpumu konkrēti aizņem zelta atoms? Un kā to izteikt pm 3 vienībās ? Šim nolūkam vienkārši izmantojiet šādus pārrēķina koeficientus:
(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10 -23 atomi) · (1 m / 100 cm) 3 · (1 pm / 10 -12 m) 3 = 16,92 · 10 6 pm 3
No otras puses, zelta atoma rādiuss ir 166 pm. Ja salīdzina abus tilpumus - tos, kas iegūti ar iepriekšējo metodi, un tos, kas aprēķināti ar sfēriskā tilpuma formulu -, tiks konstatēts, ka tiem nav vienādas vērtības:
V Au = (4/3) (3.14) (166 pm) 3 = 19.15 · 10 6 pm 3
Kurš no diviem ir vistuvākais pieņemtajai vērtībai? Tas, kas ir vistuvākais eksperimenta rezultātiem, kas iegūti, veicot zelta kristāla struktūras rentgenstaru difrakciju.
Atsauces
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2017. gada 9. decembris). Atomu tilpuma definīcija. Saņemts 2018. gada 6. jūnijā no: domaco.com
- Maifjērs, Endrjū. (2018. gada 13. marts). Kā aprēķināt atoma tilpumu. Zinātne. Saņemts 2018. gada 6. jūnijā no vietnes sciencing.com
- Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer atomu tilpuma līknes. Saņemts 2018. gada 6. jūnijā no vietnes: wonderwhizkids.com
- Lumen. Periodiskās tendences: atoma rādiuss. Saņemts 2018. gada 6. jūnijā no vietnes kursi.lumenlearning.com
- Kamilo J. Derpičs. Atomu tilpums un blīvums. Saņemts 2018. gada 6. jūnijā no vietnes: es-puraquimica.weebly.com
- Vaitens, Deiviss, Peks un Stenlijs. Ķīmija. (8. izd.). CENGAGE mācīšanās, 222.-224. Lpp.
- CK-12 fonds. (2010. gada 22. februāris). Salīdzinošie atomu lielumi. . Saņemts 2018. gada 6. jūnijā no vietnes: commons.wikimedia.org
- CK-12 fonds. (2010. gada 22. februāris). H 2 atoma rādiuss . . Saņemts 2018. gada 6. jūnijā no vietnes: commons.wikimedia.org