نصف القطر الذري: كيف يتم قياسه وكيف يتغير وأمثلة - كيمياء - 2025

في دائرة نصف قطرها الذري هو معيار مهم للخصائص دورية من عناصر الجدول الدوري. يرتبط ارتباطًا مباشرًا بحجم الذرات ، حيث أنه كلما زاد نصف القطر ، زاد حجمها أو زاد حجمها. وبالمثل ، فهو مرتبط بخصائصها الإلكترونية.

كلما زاد عدد الإلكترونات في الذرة ، زاد حجمها الذري ونصف قطرها. يتم تحديد كلاهما بواسطة إلكترونات غلاف التكافؤ ، لأنه في المسافات التي تتجاوز مداراتها ، فإن احتمال العثور على إلكترون يقترب من الصفر. يحدث العكس بالقرب من النواة: تزداد احتمالية إيجاد إلكترون.

المصدر: Pexels

تمثل الصورة العلوية حزمة من كرات قطنية. لاحظ أن كل واحد محاط بستة جيران ، دون احتساب صف علوي أو سفلي محتمل آخر. ستحدد كيفية ضغط كرات القطن أحجامها وبالتالي أنصاف أقطارها ؛ تمامًا كما هو الحال مع الذرات.

تتفاعل العناصر وفقًا لطبيعتها الكيميائية مع ذراتها بطريقة أو بأخرى. وبالتالي ، يختلف حجم نصف القطر الذري وفقًا لنوع الرابطة الحالية والتعبئة الصلبة لذراتها.

كيف يتم قياس نصف القطر الذري؟

المصدر: غابرييل بوليفار

في الصورة الرئيسية ، من السهل قياس قطر كرات القطن ، ثم تقسيمها على اثنين. ومع ذلك ، فإن كرة الذرة لم يتم تعريفها بالكامل. لماذا ا؟ لأن الإلكترونات تدور وتنتشر في مناطق معينة من الفضاء: المدارات.

لذلك ، يمكن اعتبار الذرة كروية ذات حواف غير محسوسة ، ومن المستحيل الجزم بمدى نهايتها. على سبيل المثال ، في الصورة أعلاه ، تظهر منطقة المركز ، القريبة من النواة ، لونًا أكثر كثافة ، بينما تكون حوافها غير واضحة.

تمثل الصورة جزيء ثنائي الذرة E ₂ (مثل Cl ₂ ، H ₂ ، O ₂ ، إلخ). بافتراض أن الذرات أجسام كروية ، إذا تم تحديد المسافة d التي تفصل بين النواتين في الرابطة التساهمية ، فسيكون ذلك كافيًا لتقسيمها إلى نصفين (د / 2) للحصول على نصف القطر الذري ؛ بتعبير أدق ، نصف القطر التساهمي لـ E لـ E ₂.

ماذا لو لم تشكل E روابط تساهمية مع نفسها ، بل كانت عنصرًا معدنيًا؟ ثم يشار إلى d بعدد الجيران المحيطين بـ E في هيكلها المعدني ؛ أي برقم التنسيق (NC) للذرة داخل العبوة (تذكر كرات القطن في الصورة الرئيسية).

تحديد المسافة بين النوى

لتحديد d ، وهي المسافة بين النواة لذرتين في جزيء أو عبوة ، يتطلب تقنيات التحليل الفيزيائي.

أحد أكثرها استخدامًا هو حيود الأشعة السينية ، حيث يتم إشعاع شعاع من الضوء من خلال بلورة ، ودراسة نمط الحيود الناتج عن التفاعلات بين الإلكترونات والإشعاع الكهرومغناطيسي. اعتمادًا على التعبئة ، يمكن الحصول على أنماط حيود مختلفة وبالتالي قيم أخرى لـ d.

إذا كانت الذرات "ضيقة" في الشبكة البلورية ، فستقدم قيمًا مختلفة لـ d مقارنة بما كانت ستحصل عليه إذا كانت "مريحة". أيضًا ، يمكن أن تتقلب هذه المسافات الداخلية في القيم ، بحيث يكون نصف القطر الذري في الواقع متوسط ​​قيمة مثل هذه القياسات.

كيف يرتبط نصف القطر الذري ورقم التنسيق؟ أنشأ Goldschmidt علاقة بين الاثنين ، حيث تكون القيمة النسبية لـ NC من 12 ، هي 1 ؛ 0.97 للتعبئة حيث تحتوي الذرة على NC يساوي 8 ؛ 0.96 ، لـ NC تساوي 6 ؛ و 0.88 لـ NC من 4.

الوحدات

بدءًا من قيم NC التي تساوي 12 ، تم إنشاء العديد من الجداول حيث تتم مقارنة نصف القطر الذري لجميع عناصر الجدول الدوري.

نظرًا لأنه لا تشكل جميع العناصر مثل هذه الهياكل المدمجة (NC أقل من 12) ، يتم استخدام علاقة V. Goldschmidt لحساب نصف قطرها الذري والتعبير عنها لنفس التعبئة. بهذه الطريقة ، يتم توحيد قياسات نصف القطر الذري.

لكن في أي وحدات يتم التعبير عنها؟ نظرًا لأن حجم d صغير جدًا ، يجب على المرء أن يلجأ إلى وحدات Angstrom Å (10 ∙ ^10-10 م) أو مقياس الضغط البيكومترى المستخدم على نطاق واسع (10 ^10-12 م).

كيف يتغير في الجدول الدوري؟

خلال فترة

تسمى نصف القطر الذري المحدد للعناصر المعدنية أنصاف الأقطار المعدنية ، بينما تسمى نصف القطر التساهمي للعناصر غير المعدنية (مثل الفوسفور ، P ₄ ، أو الكبريت ، S ₈). ومع ذلك ، هناك تمييز أكثر وضوحا بين هذين النوعين من المتحدثين من الاسم.

من اليسار إلى اليمين في نفس الفترة ، تضيف النواة البروتونات والإلكترونات ، لكن الأخيرة تقتصر على نفس مستوى الطاقة (رقم الكم الأساسي). نتيجة لذلك ، تمارس النواة شحنة نووية فعالة متزايدة على إلكترونات التكافؤ ، والتي تتقلص نصف القطر الذري.

وبهذه الطريقة ، تميل العناصر غير المعدنية في نفس الفترة إلى أن يكون نصف قطرها الذري (التساهمي) أصغر من المعادن (نصف القطر المعدني).

تنازليًا من خلال مجموعة

أثناء نزولك عبر مجموعة ، يتم تمكين مستويات طاقة جديدة ، مما يسمح للإلكترونات بالحصول على مساحة أكبر. وبالتالي ، فإن سحابة الإلكترون تغطي مسافات أكبر ، وينتهي الأمر بمحيطها غير الواضح إلى التحرك بعيدًا عن النواة ، وبالتالي يتوسع نصف القطر الذري.

انكماش اللانثانيد

تساعد الإلكترونات الموجودة في الغلاف الداخلي على حماية الشحنة النووية الفعالة على إلكترونات التكافؤ. عندما تحتوي المدارات التي تتكون منها الأصداف الداخلية على العديد من "الثقوب" (العقد) ، كما يحدث مع المدارات f ، فإن النواة تتقلص بشدة نصف القطر الذري بسبب تأثير التدريع الضعيف.

تتضح هذه الحقيقة في انكماش اللانثانيد في الفترة 6 من الجدول الدوري. من La إلى Hf ، هناك تقلص كبير في نصف القطر الذري نتيجة للمدارات f ، والتي "تمتلئ" عندما يتم اجتياز الكتلة f: تلك الخاصة باللانثانويد والأكتينويد.

يمكن أيضًا ملاحظة تأثير مماثل مع عناصر كتلة pa من الفترة 4. هذه المرة ، نتيجة لتأثير التدريع الضعيف للمدارات d التي تملأ عند المرور عبر فترات الانتقال المعدنية.

أمثلة

بالنسبة للفترة 2 من الجدول الدوري ، فإن نصف القطر الذري لعناصره هو:

-لي: 257 مساءً

- بي: 112 مساءً

- ب: 88 مساءً

- C: 77 مساءً

-N: 74 مساءً

-س: 66 مساءً

- الجمعة: 64 مساءً

لاحظ أن معدن الليثيوم له أكبر نصف قطر ذري (257 م) ، بينما الفلور ، الموجود في أقصى يمين الفترة ، هو أصغرها جميعًا (64 م). ينخفض ​​نصف القطر الذري من اليسار إلى اليمين في نفس الفترة ، والقيم المدرجة تثبت ذلك.

الليثيوم ، عند تكوين روابط معدنية ، يكون نصف قطره معدني ؛ والفلور ، لأنه يشكل روابط تساهمية (FF) ، يكون نصف قطره تساهمية.

ماذا لو كنت تريد التعبير عن نصف القطر الذري بوحدات أنغستروم؟ ببساطة قسّمهم على 100: (257/100) = 2.57Å. وهكذا مع باقي القيم.

المراجع

1. الكيمياء 301. أنصاف الأقطار الذرية. تم الاسترجاع من: ch301.cm.utexas.edu
2. مؤسسة CK-12. (2016 ، 28 يونيو). نصف القطر الذري. تم الاسترجاع من: chem.libretexts.org
3. الاتجاهات في نصف القطر الذري. مأخوذة من: intro.chem.okstate.edu
4. كلية كلاكاماس المجتمعية. (2002). الحجم الذري. تم الاسترجاع من: dl.clackamas.edu
5. كلارك ج. (أغسطس 2012). نصف القطر الذري والأيوني. تم الاسترجاع من: chemguide.co.uk
6. رجفة وأتكينز. (2008). الكيمياء غير العضوية. (الطبعة الرابعة ، ص 23 ، 24 ، 80 ، 169). ماك جراو هيل.