Objętość atomowa Jak zmienia się w układzie okresowym i przykładach



The objętość atomowa jest wartością względną, która wskazuje zależność między masą molową elementu a jego gęstością. Ta objętość zależy więc od gęstości elementu, a gęstość zależy z kolei od fazy i od tego, w jaki sposób atomy są rozmieszczone w tym.

Zatem objętość atomowa dla elementu Z nie jest taka sama w innej fazie, innej niż ta, która występuje w temperaturze pokojowej (ciecz, ciało stałe lub gaz), lub gdy jest częścią pewnych związków. Zatem objętość atomowa Z w związku ZA różni się od objętości Z w związku ZB.

Dlaczego? Aby to zrozumieć, konieczne jest porównanie atomów na przykład z kulkami. Kulki, podobnie jak niebieskawe z wyższego obrazu, bardzo dobrze zdefiniowały swoją granicę materialną, która jest obserwowana dzięki jej błyszczącej powierzchni. W przeciwieństwie do tego, granica atomów jest rozproszona, chociaż można je uznać za odległe kuliste.

Tak więc to, co określa punkt poza granicą atomową, to zerowe prawdopodobieństwo znalezienia elektronu, a ten punkt może być dalej lub bliżej jądra, w zależności od tego, ile sąsiednich atomów oddziałuje na atom, biorąc pod uwagę.

Indeks

  • 1 Objętość i promień atomowy
  • 2 Dodatkowa formuła
  • 3 Jak zmienia się objętość atomowa w układzie okresowym?
    • 3.1 Objętości atomowe metali przejściowych
  • 4 Przykłady
    • 4.1 Przykład 1
    • 4.2 Przykład 2
  • 5 referencji

Objętość i promień atomowy

Poprzez oddziaływanie dwóch atomów H w cząsteczce H2, pozycje ich jąder są zdefiniowane, a także odległości między nimi (odległości międzyjądrowe). Jeśli oba atomy są sferyczne, promień jest odległością między jądrem a granicą rozproszoną:

Na górnym obrazie widać, jak prawdopodobieństwo znalezienia elektronu maleje, gdy odsuwa się on od jądra. Dzieląc odległość między jądrami między dwa, uzyskuje się promień atomowy. Następnie, zakładając geometrię sferyczną dla atomów, używamy wzoru do obliczenia objętości kuli:

V = (4/3) (Pi) r3

W tym wyrażeniu r jest promieniem atomowym określonym dla cząsteczki H2. Wartość V obliczona za pomocą tej nieprecyzyjnej metody może się zmienić, na przykład, gdyby była brana pod uwagę H2 w stanie ciekłym lub metalicznym. Jednak ta metoda jest bardzo niedokładna, ponieważ kształty atomów w ich interakcjach są daleko od idealnej kuli.

Aby określić objętości atomowe w ciałach stałych, bierze się pod uwagę wiele zmiennych dotyczących układu, które uzyskuje się za pomocą badań dyfrakcji rentgenowskiej..

Dodatkowa formuła

Masa molowa wyraża ilość materii, która ma jeden mol atomów pierwiastka chemicznego.

Jego jednostkami są g / mol. Z drugiej strony gęstość to objętość, która zajmuje jeden gram elementu: g / ml. Ponieważ jednostkami objętości atomowej są mL / mol, musisz grać zmiennymi, aby osiągnąć żądane jednostki:

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

Albo to samo:

(Masa molowa) (1 / D) = V

(Masa molowa / D) = V

W ten sposób można łatwo obliczyć objętość jednego mola atomów pierwiastka; podczas gdy ze wzoru objętości sferycznej obliczana jest objętość pojedynczego atomu. Aby osiągnąć tę wartość od pierwszego, konieczna jest konwersja za pomocą numeru Avogadro (6,02 · 10).-23).

Jak zmienia się objętość atomowa w układzie okresowym?

Jeśli atomy są uważane za sferyczne, to ich zmienność będzie taka sama jak obserwowana w promieniach atomowych. Na górnym obrazie, który pokazuje reprezentatywne elementy, pokazano, że od prawej do lewej karzeł atomu; zamiast tego, od góry do dołu stają się one bardziej obszerne.

Dzieje się tak, ponieważ w tym samym okresie jądro zawiera protony, gdy porusza się w prawo. Te protony wywierają siłę przyciągania na zewnętrzne elektrony, które odczuwają efektywny ładunek jądrowy Zef, mniej niż rzeczywisty ładunek jądrowy Z.

Elektrony warstw wewnętrznych odpychają te warstwy zewnętrznej, zmniejszając na nich wpływ jądra; Jest to znane jako efekt ekranu. W tym samym czasie efekt ekranu nie jest w stanie przeciwdziałać wzrostowi liczby protonów, więc elektrony w warstwie wewnętrznej nie zapobiegają kurczeniu się atomów.

Jednakże, zstępując do grupy, możliwe są nowe poziomy energii, które umożliwiają elektronom orbitowanie dalej od jądra. Ponadto zwiększa się liczba elektronów w warstwie wewnętrznej, której efekty ekranowania zaczynają się zmniejszać, jeśli jądro ponownie doda protony.

Z tych powodów można zauważyć, że grupa 1A ma najobszerniejsze atomy, w przeciwieństwie do małych atomów grupy 8A (lub 18), atomów gazów szlachetnych.

Objętości atomowe metali przejściowych

Atomy metali przejściowych włączają elektrony do orbitali wewnętrznych d. Ten wzrost efektu ekranowego, a także rzeczywistego ładunku jądrowego Z, jest anulowany prawie jednakowo, tak że ich atomy zachowują podobny rozmiar w tym samym okresie.

Innymi słowy: w jednym okresie metale przejściowe wykazują podobne objętości atomowe. Jednak te małe różnice są niezwykle istotne przy definiowaniu kryształów metalicznych (jak gdyby były metalowymi kulkami).

Przykłady

Dostępne są dwa wzory matematyczne do obliczenia objętości atomowej elementu, z których każdy zawiera odpowiednie przykłady.

Przykład 1

Biorąc pod uwagę promień atomowy wodoru -37 pm (1 pikometr = 10-12m) - i cez -265 pm-, oblicz jego objętości atomowe.

Używając formuły objętości sferycznej, mamy:

VH= (4/3) (3.14) (37 pm)3= 212,07 pm3

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

Jednak te objętości wyrażone w pirometrach są wygórowane, więc są przekształcane w jednostki angstremów, mnożąc je przez współczynnik konwersji (1Å / 100pm)3:

(212,07 pm3) (1Å / 100pm)3= 2,1207 × 10-4 Å3

(77912297,67 pm3) (1Å / 100pm)3= 77 912 Å3

Zatem różnice wielkości pomiędzy małym atomem H i przestrzennym atomem Cs pozostają liczbowo oczywiste. Należy pamiętać, że obliczenia te są jedynie przybliżeniami pod pretekstem, że atom jest całkowicie sferyczny, który wędruje w obliczu rzeczywistości.

Przykład 2

Gęstość czystego złota wynosi 19,32 g / ml, a jego masa molowa wynosi 196,97 g / mol. Zastosowanie wzoru M / D do obliczenia objętości jednego mola atomów złota ma następujące znaczenie:

VAu= (196,97 g / mol) / (19,32 g / ml) = 10,19 ml / mol

Oznacza to, że 1 mol atomów złota zajmuje 10,19 ml, ale jaką objętość zajmuje konkretnie atom złota? I jak to wyrazić w jednostkach pm3? W tym celu wystarczy zastosować następujące współczynniki konwersji:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10)-23 atomy) · (1 m / 100 cm)3· (1 pm / 10-12m)3= 16,92 · 106 pm3

Z drugiej strony, promień atomowy złota wynosi 166 pm. Jeśli porównasz oba tomy - ten uzyskany za pomocą poprzedniej metody i obliczony za pomocą wzoru objętości sferycznej - przekonasz się, że nie mają one tej samej wartości:

VAu= (4/3) (3,14) (166 pm)3= 19,15 · 106 pm3

Który z dwóch jest najbliższy akceptowanej wartości? Ten, który jest najbliższy wynikom eksperymentalnym uzyskanym przez dyfrakcję rentgenowską krystalicznej struktury złota.

Referencje

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (09 grudnia 2017). Definicja objętości atomowej. Źródło: 6 czerwca 2018 r. Z: thoughtco.com
  2. Mayfair, Andrew. (13 marca 2018 r.). Jak obliczyć objętość atomu. Nauka. Źródło: 6 czerwca 2018 r. Z: sciencing.com
  3. Wiki Kids Ltd. (2018). Krzywe objętości atomowej Lothara Meyera. Źródło: 6 czerwca 2018 r. Z: wonderwhizkids.com
  4. Lumen Okresowe trendy: promień atomowy. Źródło: 6 czerwca 2018 r. Z: course.lumenlearning.com
  5. Camilo J. Derpich. Objętość i gęstość atomowa. Źródło: 6 czerwca 2018 r. Z: es-puraquimica.weebly.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chemia (8 wyd.). CENGAGE Learning, p 222-224.
  7. Fundacja CK-12. (22 lutego 2010). Porównawcze rozmiary atomowe. [Rysunek] Pobrane 6 czerwca 2018 r. Z: commons.wikimedia.org
  8. Fundacja CK-12. (22 lutego 2010 r.). Promień atomowy H2. [Rysunek] Pobrane 6 czerwca 2018 r. Z: commons.wikimedia.org