ATOMI TÉRFOGAT: HOGYAN VÁLTOZIK A PERIÓDUSOS TÁBLÁZAT ÉS A PÉLDÁK - KÉMIA - 2024

Az atomtérfogat egy relatív érték, amely jelzi az elem móltömege és sűrűsége közötti összefüggést. Tehát ez a térfogat az elem sűrűségétől függ, és a sűrűség viszont a fázistól és az atomok elrendezésének módjától függ.

Tehát a Z elem atomtérfogata nem azonos ugyanabban a fázisban, mint amelyet szobahőmérsékleten mutat (folyékony, szilárd vagy gáznemű), vagy amikor bizonyos vegyületek részét képezi. Így a ZA vegyület atomtérfogata különbözik a ZB vegyületben lévő Z atom atom térfogatától.

Miért? Ennek megértéséhez összehasonlítani kell az atomokat például a márványokkal. A márványoknak, akárcsak a képen látható kékeseknek, nagyon jól meghatározott anyaghatáruk van, amely fényes felületüknek köszönhetően látható. Ezzel szemben az atomok határa diffúz, bár távolról gömb alakúnak tekinthető.

Tehát az atomhatáron kívüli pontot az határozza meg, hogy nincs elektron valószínűsége, és ez a pont lehet távolabb vagy közelebb a maghoz, attól függően, hogy hány szomszédos atom kölcsönhatásba lép a vizsgált atom körül.

Atomi térfogat és sugár

Egy a két atomok kapcsolatba H H molekula _két, a pozíciók a központok vannak meghatározva, mint a távolságok közötti (internukleáris távolságok). Ha mindkét atom gömb alakú, a sugár a mag és a homályos határ közötti távolság:

A fenti képen láthatja, hogyan csökken az elektron megtalálásának valószínűsége, amikor elmozdul a magtól. Ezután elosztva a magmag távolságát kettővel, megkapjuk az atomi sugarat. Ezután, feltételezve az atomok gömb alakját, a gömb térfogatának kiszámításához a következő képletet kell használni:

V = (4/3) (Pi) r ³

Ebben a kifejezésben r a atomrádiusz meghatároztuk a H ₂ -molekula. Az érték a V szerint kiszámított értékeket pontatlan módszer változhat, ha, például H ₂ tartják a folyadék vagy fém állapotban. Ez a módszer azonban nagyon pontatlan, mivel az atomok alakjai kölcsönhatásukban nagyon távol vannak az ideális gömbtől.

A szilárd anyagban lévő atomi térfogat meghatározásához számos, az elrendezéssel kapcsolatos változót figyelembe kell venni, amelyeket röntgendiffrakciós vizsgálatokkal kapunk.

Kiegészítő képlet

A móltömeg azt az anyagmennyiséget fejezi ki, amelyben egy kémiai elem atomja van.

Mértékegysége g / mol. Másrészt, a sűrűség az a térfogat, amelyet az elem egy grammja elfoglal: g / ml. Mivel az atomtérfogat mértékegységei ml / mol, a változókkal játszani kell a kívánt egységek eléréséhez:

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

Vagy mi ugyanaz:

(Moláris tömeg) (1 / D) = V

(Moláris tömeg / D) = V

Így az elem egy mol atomjának térfogata könnyen kiszámolható; míg a gömb alakú képlet kiszámítja az egyes atomok térfogatát. Ahhoz, hogy ezt az értéket az elsőtől megkapjuk, konverzióra van szükség az Avogadro számán (6,02 · ^10–23).

Hogyan változik az atomtérfogata a periódusos táblán?

Ha az atomokat gömb alakúnak tekintjük, akkor azok variációja megegyezik az atomi sugaraknál megfigyelttel. A fenti képen, amely reprezentatív elemeket mutat, azt szemlélteti, hogy jobbról balra az atomok kisebbek lesznek; ehelyett fentről lefelé térképesebbé válnak.

Ennek oka az, hogy ugyanabban az időszakban a sejtmag beépíti a protonokat, amikor jobbra halad. Ezek a protonok vonzó erőt gyakorolnak a külső elektronokra, amelyek a tényleges Z _ef atomtöltöttségüket érzik, mint a Z valódi atommag töltése.

A belső héjak elektronjai taszítják a külső héj elektronjait, csökkentve a mag hatását rájuk; ezt a képernyő-effektusnak nevezzük. Ugyanebben az időszakban a képernyő hatása nem képes ellensúlyozni a protonok számának növekedését, tehát a belső héjában lévő elektronok nem akadályozzák meg az atomok összehúzódását.

Ugyanakkor a csoportba esés lehetővé teszi az új energiaszinteket, amelyek lehetővé teszik az elektronok keringését a magból. Hasonlóképpen növekszik a belső héjban levő elektronok száma, amelyek árnyékolási hatásai csökkenni kezdenek, ha a mag újból protonokat ad hozzá.

Ezen okok miatt érthető, hogy az 1A csoportban a legnagyobb nemi atomok vannak, szemben a 8A (vagy 18) csoport kicsi atomjaival, a nemesgázok atomjai.

Az átmeneti fémek atomi térfogatai

Az átmeneti fématomok beépítik az elektronokat a belső d-pályákba. Ez a szűrőhatás növekedése, valamint a valódi Z nukleáris töltés mellett szinte egyenlő mértékben törlődik, így atomjaik ugyanolyan időszakban hasonló méretűek maradnak.

Más szavakkal: egy időszakban az átmeneti fémek hasonló atomtömeggel rendelkeznek. Ezek a kis különbségek azonban rendkívül jelentősek a fémkristályok meghatározásakor (mintha fémgömbök lennének).

Példák

Két elem matematikai képlete áll rendelkezésre az elem atomtömegének kiszámításához, mindegyik a megfelelő példákkal.

1. példa

Mivel a hidrogén atom-sugara -37 pm (1 pikométer = 10 ^-12 m) - és a cézium -265 pm-, számolja ki atomtömegüket.

A gömb alakú képlettel a következőket kapjuk:

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

Ezek a pikométerben kifejezett térfogatok azonban túl nagyok, tehát angsztróm-egységekké alakulnak át, szorozva őket a konverziós tényezővel (1Å / 100pm) ³:

(212,07 pm ³) (1a / 100 pM) ³ = 2,1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297,67 pm ³) (1 A / 100 pm) ³ = 77,912 A ³

Így a kis H-atom és a terjedelmes Cs-atom méretbeli különbségei numerikusan igazolódnak. Nem szabad megfeledkeznünk arról, hogy ezek a számítások csak megközelítések annak kijelentésének alapján, hogy egy atom teljesen gömb alakú, és amely a valóság előtt jár.

2. példa

A tiszta arany sűrűsége 19,32 g / ml, moláris tömege 196,97 g / mol. Az M / D képletet az egy mol aranyatom térfogatának kiszámításához az alábbiak szerint járunk el:

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

Vagyis 1 mol aranyatom elfoglal 10,19 ml-t, de mekkora térfogatot foglal el kifejezetten egy aranyatom? És hogyan lehet kifejezni azt pm ³ egységben ? Ehhez egyszerűen alkalmazza a következő konverziós tényezőket:

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

Másrészt az arany atom sugara 166 pm. Ha mindkét térfogatot összehasonlítják - az előző módszerrel kapott és a gömb alakú képlettel kiszámított mennyiséget -, akkor kiderül, hogy nem azonos értékű:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 pm) ³ = 19,15 · 10 ⁶ pm ³

A kettő közül melyik a legközelebb az elfogadott értékhez? Az, amely legközelebb áll az arany kristályszerkezetének röntgen diffrakcióval kapott kísérleti eredményekhez.

Irodalom

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (2017. december 9.) Atomi kötet meghatározása. Letöltve: 2018. június 6-án, a (z) gondolat.com webhelyről
2. Mayfair, Andrew. (2018. március 13.). Hogyan lehet kiszámítani az atom térfogatát? Sciencing. Visszakeresve: 2018. június 6-án, a következő webhelyről: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer atomi volumengörbék. Visszakeresve: 2018. június 6-án, a következő helyről: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Periodikus trendek: Atomi sugár. Visszakeresve: 2018. június 6-án, a következő címen: Kurss.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Atomi térfogat és sűrűség. Visszakeresve: 2018. június 6-án, az es-puraquimica.weebly.com webhelyről
6. Whitten, Davis, Peck és Stanley. Kémia. (8. kiadás). CENGAGE Learning, 222–224.
7. CK-12 Alapítvány. (2010. február 22.). Összehasonlító atomméretek.. Visszakeresve: 2018. június 6-án, a következő helyről: commons.wikimedia.org
8. CK-12 Alapítvány. (2010. február 22.). A H ₂ atom sugara.. Visszakeresve: 2018. június 6-án, a következő helyről: commons.wikimedia.org