Atomisk volumen, hvordan det varierer i det periodiske system og eksempler

den atomvolumen er en relativ værdi, der angiver forholdet mellem en masses molære masse og dens densitet. Så afhænger dette volumen af ​​elementets densitet, og densiteten afhænger i sin tur af fasen og om hvordan atomerne er anbragt inden for dette.

Således, at atomforholdet volumen for elementet Z ikke er lig inden i en anden distinkt fase, som udviser ved stuetemperatur (flydende, fast eller gas), eller når en del af visse forbindelser. Således atomare mængde af Z i forbindelsen ZA er forskellig fra Z i forbindelsen ZB.

Hvorfor? For at forstå det er det nødvendigt at sammenligne atomer med for eksempel marmor. Kuglerne, som de blåagtige af det overlegne billede, har meget veldefineret deres materialekant, hvilket observeres takket være den strålende overflade. I modsætning hertil er atomernes afgrænsning diffus, selvom de kan betragtes som fjernt sfæriske.

Således, hvad bestemmer et punkt uden for atomare grænse er nul sandsynligheden for at finde en elektron, og dette punkt kunne være længere eller tættere på kernen afhængigt af hvor mange naboatomer interagerer omkring atomet i betragtning.

indeks

• 1 Atomvolumen og radius
• 2 Yderligere formel
• 3 Hvordan varierer atomvolumenet i det periodiske bord?
  • 3.1 Atomiske mængder af overgangsmetaller
• 4 eksempler
  • 4.1 Eksempel 1
  • 4.2 Eksempel 2
• 5 referencer

Atomvolumen og radius

Ved at interagere to H-atomer i H-molekylet₂, positionerne for deres kerne defineres såvel som afstande mellem dem (indre kerneafstande). Hvis begge atomer er sfæriske, er radius afstanden mellem kernen og den diffuse grænse:

I det øvre billede kan man se, hvordan sandsynligheden for at finde en elektron falder, da den bevæger sig væk fra kernen. Fordeling af den indre kerneafstand mellem to, den atomeriske radius opnås. Ved at antage en kugleformet geometri for atomer bruger vi formlen til at beregne et kugles rumfang:

V = (4/3) (Pi) r³

I dette udtryk er r den atomradius bestemt for H-molekylet₂. Værdien af ​​V beregnet ved denne upræcise metode kan ændres, hvis den for eksempel blev betragtet som H₂ i flydende eller metallisk tilstand. Denne metode er imidlertid meget unøjagtig, fordi atomernes former er langt væk fra den ideelle kugle i deres interaktioner.

For at bestemme atomvolumenerne i de faste stoffer tages der hensyn til mange variabler vedrørende arrangementet, og de opnås ved røntgendiffraktionsundersøgelser..

Yderligere formel

Den molære masse udtrykker mængden af ​​materiale, der har en mol atomer af et kemisk element.

Dens enheder er g / mol. På den anden side er densiteten det volumen, der optager et gram af elementet: g / ml. Fordi enhederne af atomvolumenet er ml / mol, skal du lege med variablerne for at nå de ønskede enheder:

(g / mol) (ml / g) = ml / mol

Eller hvad er det samme:

(Molær masse) (1 / D) = V

(Molær masse / D) = V

Således kan volumenet af en mol atomer af et element let beregnes; mens med det sfæriske volumens formel beregnes volumenet af et individuelt atom. For at nå denne værdi fra førstnævnte er en omdannelse nødvendig via Avogadros nummer (6,02 · 10).^-23).

Hvordan varierer atomvolumenet i det periodiske bord?

Hvis atomer betragtes som sfæriske, vil deres variation være den samme som observeret i atomradius. I det øvre billede, som viser de repræsentative elementer, er det illustreret, at fra højre til venstre atomerne dværg; i stedet, fra top til bund bliver disse mere voluminøse.

Dette skyldes, at kernen i samme periode inkorporerer protoner, da den bevæger sig til højre. Disse protoner udøver en attraktiv kraft på de eksterne elektroner, som føler en effektiv nuklear ladning Z_eff, mindre end den faktiske nukleare afgift Z.

Elektronerne i de indre lag frastøde det ydre lag, faldende virkningen af ​​disse kerne; Dette er kendt som effekten skærmen. I samme periode skærmeffekten undlader at opveje det øgede antal af protoner, således at elektronerne i det indre lag ikke forhindre sammentrækning af atomerne.

Men ved at falde ned i en gruppe aktiveres nye energiniveauer, hvilket gør det muligt for elektroner at bane længere væk fra kernen. Også antallet af elektroner i det indre lag øges, hvis afskærmningseffekter begynder at blive formindsket, hvis kernen tilføjer protoner igen.

Af disse grunde er det klart, at 1A gruppe har bulkiest atomer, i modsætning lille gruppe atomer 8A (eller 18), ædelgassen.

Atomiske mængder af overgangsmetaller

Atomer af overgangsmetal elektron inkorporere interne orbitaler. Denne øgede screening virkning og såvel som den faktiske kerneladning Z, annullere næsten lige, så deres atomer bevarer samme størrelse i samme periode.

Med andre ord: i en periode udviser overgangsmetaller tilsvarende atomvolumener. Imidlertid er disse små forskelle enormt betydelige ved at definere metalliske krystaller (som om de var metalliske marmor).

eksempler

To matematiske formler er tilgængelige for at beregne atomvolumenet af et element, hver med sine tilsvarende eksempler.

Eksempel 1

I betragtning af atomradiusen af ​​hydrogen -37 pm (1 picometer = 10^-12m) - og cæsonen -265 pm-, beregne dets atomvolumener.

Ved hjælp af formlen for det sfæriske volumen har vi så:

V_H= (4/3) (3,14) (37 pm)³= 212,07³

V_Cs= (4/3) (3,14) (265 pm)³= 77912297,67³

Imidlertid er disse mængder udtrykt i picometer ublu, så de bliver enheder af Ångstrøm, multiplicere med omregningsfaktoren (1A / 100 pM)³:

(Kl³) (1Å / 100 pm)³= 2.1207 × 10^-4 ų

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

Således forbliver forskellene i størrelse mellem det lille atom af H og det omfangsrige atom af Cs numerisk tydeligt. Man skal huske på, at disse beregninger kun er tilnærmelser under påstanden om, at et atom er helt sfærisk, som vandrer i virkeligheden.

Eksempel 2

Tætheden af ​​rent guld er 19,32 g / ml, og dens molmasse er 196,97 g / mol. Anvendelse af formlen M / D til at beregne mængden af ​​en mol guldatomer har følgende:

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

Det vil sige, at 1 mol guldatomer indtager 10,19 ml, men hvilket volumen optager et guldatom specifikt? Og hvordan man udtrykker det i enheder af pm³? For det her skal du blot anvende følgende konverteringsfaktorer:

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

På den anden side er den atomiske radius af guld 166 pm. Hvis du sammenligner begge mængder - den, der er opnået ved den tidligere metode og den, der er beregnet med formlen for det sfæriske volumen - vil du opdage, at de ikke har samme værdi:

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

Hvilke af de to er tættest på den accepterede værdi? Den der er tættest på de eksperimentelle resultater opnået ved røntgendiffraktion af den krystallinske struktur af guld.

referencer

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9. december 2017). Atomisk volumen Definition. Hentet den 6. juni 2018, fra: thoughtco.com
2. Mayfair, Andrew. (13. marts 2018). Sådan beregnes et atoms volumen. sciencing. Hentet den 6. juni 2018, fra: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer Atomic Volume Curves. Hentet den 6. juni 2018, fra: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Periodiske tendenser: Atomic Radius. Hentet den 6. juni 2018, fra: courses.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Volumen og Atomtæthed. Hentet den 6. juni 2018, fra: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8. udgave). CENGAGE Learning, s. 222-224.
7. CK-12 Foundation. (22. februar 2010). Sammenligning af atomstørrelser. [Figur]. Hentet den 6. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org
8. CK-12 Foundation. (22. februar 2010). Atomradius af H₂. [Figur]. Hentet den 6. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org