الحجم الذري: كيف يختلف على الجدول الدوري والأمثلة - كيمياء - 2025

و حجم الذري هو القيمة النسبية مما يدل على العلاقة بين الكتلة المولية للعنصر وكثافته. إذن هذا الحجم يعتمد على كثافة العنصر ، وتعتمد الكثافة بدورها على المرحلة وكيفية ترتيب الذرات داخلها.

لذا فإن الحجم الذري للعنصر Z ليس هو نفسه في طور آخر غير الذي يظهره في درجة حرارة الغرفة (سائل ، صلب أو غازي) ، أو عندما يكون جزءًا من مركبات معينة. وبالتالي ، فإن الحجم الذري لـ Z في المركب ZA يختلف عن الحجم الذري للمركب ZB.

لماذا ا؟ لفهم ذلك ، من الضروري مقارنة الذرات بالرخام ، على سبيل المثال. الرخام ، مثل الرخام الموجود في الصورة أعلاه ، له حدود مادية محددة جيدًا ، والتي يمكن رؤيتها بفضل سطحها اللامع. في المقابل ، تكون حدود الذرات منتشرة ، على الرغم من أنه يمكن اعتبارها كروية عن بعد.

وبالتالي ، فإن ما يحدد نقطة خارج الحدود الذرية هو الاحتمال العديم 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

تتفاعل الذرتان مع جزيء H H في _جزأين ، ويتم تحديد مواقع مراكزهما على أنها المسافات بين هذه (المسافات الداخلية النووية). إذا كانت كلتا الذرتين كرويتين ، فإن نصف القطر هو المسافة بين النواة والحد الغامض:

في الصورة أعلاه ، يمكنك أن ترى كيف يتناقص احتمال العثور على إلكترون عندما يبتعد عن النواة. ثم قسمة المسافة بين النواة على اثنين ، نحصل على نصف القطر الذري. بعد ذلك ، بافتراض هندسة كروية للذرات ، تُستخدم الصيغة لحساب حجم الكرة:

V = (4/3) (Pi) r ³

في هذا التعبير ، r هو نصف القطر الذري المحدد لجزيء H ₂. قد تتغير قيمة V المحسوبة بهذه الطريقة غير الدقيقة إذا ، على سبيل المثال ، تم اعتبار H ₂ في الحالة السائلة أو المعدنية. ومع ذلك ، فإن هذه الطريقة غير دقيقة للغاية لأن أشكال الذرات بعيدة جدًا عن الكرة المثالية في تفاعلاتها.

لتحديد الأحجام الذرية في المواد الصلبة ، يتم أخذ العديد من المتغيرات المتعلقة بالترتيب في الاعتبار ، والتي يتم الحصول عليها من خلال دراسات حيود الأشعة السينية.

صيغة إضافية

تعبر الكتلة المولية عن كمية المادة التي تحتوي على جزيء من ذرات عنصر كيميائي.

وحداتها g / mol. من ناحية أخرى ، الكثافة هي الحجم الذي يشغله جرام من العنصر: جم / مل. نظرًا لأن وحدات الحجم الذري هي mL / mol ، يتعين علينا اللعب بالمتغيرات 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 مول واحد من ذرات العنصر ؛ بينما تحسب صيغة الحجم الكروي حجم الذرة الفردية. للوصول إلى هذه القيمة من الأول ، يكون التحويل ضروريًا من خلال رقم Avogadro (6.02 · 10 ^-23).

كيف يختلف الحجم الذري في الجدول الدوري؟

إذا اعتبرت الذرات كروية ، فسيكون تباينها هو نفسه الذي لوحظ في نصف القطر الذري. في الصورة أعلاه ، التي تظهر العناصر التمثيلية ، يتضح أن الذرات من اليمين إلى اليسار تصبح أصغر ؛ بدلاً من ذلك ، تصبح أكثر ضخامة من أعلى إلى أسفل.

هذا لأنه في نفس الفترة تضم النواة البروتونات وهي تتحرك إلى اليمين. تمارس هذه البروتونات قوة جذابة على الإلكترونات الخارجية ، التي تشعر بشحنة نووية فعالة Z _ef ، أقل من الشحنة النووية الحقيقية Z.

تصد إلكترونات الغلاف الداخلي تلك الموجودة في الغلاف الخارجي ، مما يقلل من تأثير النواة عليها ؛ يُعرف هذا بتأثير الشاشة. في نفس الفترة ، لا يمكن لتأثير الشاشة أن يبطل الزيادة في عدد البروتونات ، لذا فإن الإلكترونات الموجودة في الغلاف الداخلي لا تمنع الذرات من الانكماش.

ومع ذلك ، فإن النزول إلى مجموعة يتيح مستويات طاقة جديدة ، مما يسمح للإلكترونات بالدوران بعيدًا عن النواة. وبالمثل ، يزداد عدد الإلكترونات الموجودة في الغلاف الداخلي ، وتبدأ آثار التدريع في التقلص إذا قامت النواة بإضافة البروتونات مرة أخرى.

لهذه الأسباب ، من المقدر أن المجموعة 1A لديها الذرات الأكثر كثافة ، على عكس الذرات الصغيرة للمجموعة 8A (أو 18) ، ذرات الغازات النبيلة.

الأحجام الذرية للمعادن الانتقالية

تدمج ذرات المعادن الانتقالية الإلكترونات في المدارات d الداخلية. هذه الزيادة في تأثير الشاشة ، وكذلك في الشحنة النووية الحقيقية Z ، تلغي بشكل متساوٍ تقريبًا ، بحيث تحتفظ ذراتها بحجم مماثل في نفس الفترة.

بمعنى آخر: في فترة ما ، تظهر المعادن الانتقالية أحجامًا ذرية متشابهة. ومع ذلك ، فإن هذه الاختلافات الصغيرة مهمة للغاية عند تحديد البلورات المعدنية (كما لو كانت كرات معدنية).

أمثلة

تتوفر صيغتان رياضيتان لحساب الحجم الذري لعنصر ، ولكل منهما أمثلتها المقابلة.

مثال 1

ونظرا لدائرة نصف قطرها الذري من الهيدروجين -37 مساء (1 بيكو متر = 10 ^-12 م) - والسيزيوم -265 م-، حساب كميات الذرية بهم.

باستخدام صيغة الحجم الكروية ، لدينا بعد ذلك:

V _H = (4/3) (3.14) (37 مساءً) ³ = 212.07 مساءً ³

V _Cs = (4/3) (3.14) (265 مساءً) ³ = 77912297.67 مساءً ³

ومع ذلك ، فإن هذه الأحجام المعبر عنها بالبيومتر باهظة ، لذلك يتم تحويلها إلى وحدات من الأنجستروم ، وضربها في عامل التحويل (1Å / 100pm) ³:

(212،07 م ³) (1A / 100pm) ³ = 2.1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297.67 مساءً ³) (1Å / 100 مساءً) ³ = 77.912 Å ³

وبالتالي ، فإن الاختلافات في الحجم بين ذرة H الصغيرة وذرة C الضخمة يتم إثباتها عدديًا. وتجدر الإشارة إلى أن هذه الحسابات هي تقديرات تقريبية فقط في إطار القول بأن الذرة كروية تمامًا ، والتي تتجول أمام الواقع.

مثال 2

كثافة الذهب الخالص 19.32 جم / مل وكتلته المولية 196.97 جم / مول. بتطبيق معادلة M / D لحساب حجم مول واحد من ذرات الذهب ، يتم الحصول على ما يلي:

V _Au = (196.97 جم / مول) / (19.32 جم / مل) = 10.19 مل / مول

أي أن 1 مول من ذرات الذهب يحتل 10.19 مل ، ولكن ما الحجم الذي تشغله ذرة الذهب على وجه التحديد؟ وكيف يتم التعبير عنها بوحدات م ³ ؟ لهذا ، ما عليك سوى تطبيق عوامل التحويل التالية:

(10.19 مل / مول) · (مول / 6.02 · ^10-23 ذرة) · (1 م / 100 سم) ³ · (1 مساءً / ^10-12 م) ³ = 16.92 · 10 ⁶ مساءً ³

من ناحية أخرى ، يبلغ نصف القطر الذري للذهب 166 م. إذا تمت مقارنة كلا المجلدين - الذي تم الحصول عليه بالطريقة السابقة والآخر المحسوب باستخدام صيغة الحجم الكروية - فسيتم العثور على أنهما ليس لهما نفس القيمة:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 مساءً) ³ = 19.15 * 10 ⁶ مساءً ³

أيهما أقرب إلى القيمة المقبولة؟ أقرب النتائج التجريبية التي تم الحصول عليها عن طريق حيود الأشعة السينية للبنية البلورية للذهب.

المراجع

1. هيلمنستين ، آن ماري ، دكتوراه. (9 ديسمبر 2017). تعريف الحجم الذري. تم الاسترجاع في 6 يونيو 2018 ، من: thinkco.com
2. مايفير ، أندرو. (13 مارس 2018). كيفية حساب حجم الذرة. علم. تم الاسترجاع في 6 يونيو 2018 من: sciencing.com
3. ويكي كيدز ليمتد (2018). منحنيات الحجم الذري لوثار ماير. تم الاسترجاع في 6 يونيو 2018 ، من: wonderwhizkids.com
4. لومن. الاتجاهات الدورية: نصف القطر الذري. تم الاسترجاع في 6 يونيو 2018 من: course.lumenlearning.com
5. كاميلو جيه ديربيش. الحجم والكثافة الذرية. تم الاسترجاع في 6 يونيو 2018 من: es-puraquimica.weebly.com
6. ويتن ، ديفيس ، بيك وستانلي. كيمياء. (الطبعة الثامنة). تعلم CENGAGE ، ص 222-224.
7. مؤسسة CK-12. (22 فبراير 2010). الأحجام الذرية المقارنة.. تم الاسترجاع في 06 يونيو 2018 من: commons.wikimedia.org
8. مؤسسة CK-12. (22 فبراير 2010). نصف القطر الذري لـ H ₂.. تم الاسترجاع في 06 يونيو 2018 من: commons.wikimedia.org