Raza atomică

Raza atomică a unui element chimic este o măsură a dimensiunii sale atomi , de obicei , distanța medie dintre nucleu și limita nor de electroni care îl înconjoară. Deoarece această graniță nu este o entitate fizică bine definită, există mai multe definiții neechivalente ale razei atomice.

În funcție de definiție, termenul se poate aplica numai atomilor simpli sau, de asemenea, atomilor din materia condensată , o legătură covalentă într-o moleculă sau în stări ionizate și excitate. Valoarea sa poate fi obținută prin măsurători experimentale sau calculată din modele teoretice. Cu anumite definiții, valoarea razei atomice poate depinde de starea atomică și de mediul său.

Atomii pot fi adesea modelați ca sfere. Este o aproximare cam dură, dar poate oferi explicații și predicții pentru multe fenomene, cum ar fi densitatea fluidelor și solidelor, difuzia fluidelor într-o sită moleculară , dispunerea atomilor și a ionilor. În cristale și dimensiunea și forma moleculelor.

Cu toate acestea, conceptul de rază atomică este dificil de definit, deoarece electronii nu au o orbită bine definită și nici o dimensiune precisă. Prin urmare, poziția lor trebuie descrisă folosind probabilități de distribuție care scad treptat pe măsură ce se îndepărtează de nucleu, fără a se anula brusc reciproc. De asemenea, în materie condensată și molecule, norii electronici ai atomilor se suprapun adesea și unii electroni pot fi delocalizați pe doi sau mai mulți atomi.

În ciuda acestor dificultăți conceptuale, majoritatea definițiilor, pentru atomii singulari, dau o rază între 30 și 300 pm (de la 0,3 la 3 ångströms ) Raza atomică este deci de peste 10.000 de ori mai mare decât nucleul atomic, dar mai puțin de o miime din lungimea de undă vizibilă .

Razele atomice se schimbă în mod previzibil pe măsură ce vă deplasați prin tabelul periodic . De exemplu, razele scad în general de-a lungul unei perioade (rând) a tabelului de la alcalii la gaze nobile ; și crește la coborârea unei coloane.

Definiții și metode de calcul al razei atomice

Pentru un atom sau un ion

O modalitate de a defini raza atomică este de a lua maximul densității radiale a unui orbital atomic de tip Slater , descriind electronii externi ai atomului luat în considerare: găsim apoi

$r = {\ frac {n * ^ {2}} {Z * _ {{{\ rm {eff}}}}}} \ cdot a _ {{0}}$

În cazul în care n * este numărul cuantic principal al învelișului de valență , Z * eff reprezintă sarcina nucleului (deoarece Z este numărul atomic) și are 0 raza atomului Bohr care este utilizată aici ca referință pentru calcul și care este echivalent cu 0,052 9 nm .

La atomii implicați într-o legătură chimică

Dacă se formează o legătură covalentă între două nemetale , va fi discutat un tip specific de rază atomică numită rază covalentă. Raza covalentă este definită ca jumătate din distanța dintre nucleele a doi atomi (sau ioni) adiacenți într-o moleculă .

Dacă se formează o legătură metalică între două metale , vom vorbi despre un tip specific de rază atomică numită rază metalică.

Această lungime, măsurată cu ajutorul unui difractometru cu raze X , poate determina aproximativ dimensiunea unui atom, chiar dacă norii de electroni ai celor doi atomi se amestecă.

Comparații de evoluție în funcție de proprietățile norului electronic

Când se compară atomii izovalenți , dacă electronii sunt toți localizați pe același strat în fiecare atom, atomul cu cei mai mulți protoni (deci cel mai greu) va fi cel mai mare, deoarece atracția va fi mai mică, spre deosebire de numărul de electroni mic și numărul de protoni este mare, atracția va fi mai mare.

Atunci când se compară atomii izoelectronici , se aplică aceeași logică, atomul cu cei mai mulți protoni va avea cea mai mică rază atomică, deoarece nucleul va exercita o atracție mai mare asupra electronilor.

Când comparați atomii izoprotonici , trebuie să vă uitați la numărul de electroni. Cu cât există mai puțini electroni în atom, cu atât este mai mare forța de atracție a nucleului exercitată asupra fiecăruia și cu atât raza atomică este mai mică.

Evoluția în cadrul tabelului periodic

Într-un tabel periodic , în general, cu cât mai la dreapta în aceeași perioadă, cu atât raza atomică este mai mică. Această proprietate periodică este direct legată de creșterea încărcăturii efective, deoarece, atunci când se deplasează de la stânga la dreapta pe o perioadă, numărul de protoni și electroni de valență crește, dar efectul de ecranare cauzat de aceștia. Electronii interni rămân mult la fel. Această creștere reflectă o creștere a atracției dintre nucleu și electronii de valență și, prin urmare, o scădere a distanței dintre nucleii celor doi atomi.

Cu cât mergem mai jos pe aceeași coloană, cu atât raza atomică este mai mare. Explicația acestei tendințe periodice este relativ simplă: numărul cuantic principal n , pătrat, crește mai repede decât Z eff în formula razei atomice. În termeni fizici , aceasta înseamnă că de sus în jos într-o familie , numărul de protoni și numărul de electroni interni crește, dar numărul de electroni de valență rămâne constant. Efectul ecranului este deci din ce în ce mai important, iar electronii de valență sunt mai puțin reținuți de nucleu. Creșterea razei atomice este apoi cauzată de o „expansiune a norului de electroni ”.

Tabelul următor prezintă valorile din Ångström publicate de JC Slater, cu o incertitudine de 0,12 Å :

H
0,25

Hei

Li
1,45

Fii
1,05

B
0,95

C
0,85

N
0,85

O
0,9

F
0,5

Născut

Na
1,8

Mg
1,5

Al
1,25

Dacă
1.1

P
1

S
1

Cl
1

K
2.2

Ca
1.8

Sc
1.6

Ti
1.4

V
1.35

Cr
1.4

Mn
1.4

Fe
1.4

Co
1,35

Ni
1,35

Cu
1,35

Zn
1,35

Ga
1.3

Ge
1,25

As
1.15

Se
1.15

Br
1.15

Rb
2,65

Sr
2

Y
1.8

Zr
1,55

Num
1.45

MB
1,45

Tc
1,35

Ru
1.3

Rh
1,35

Pd
1.4

Ag
1.6

Cd
1,55

În
1.55

Sn
1,45

Sb
1.45

Te
1.4

I
1.4

Cs
2.6

Ba
2,15

Citiți
1,75

Hf
1,55

dvs.
1,45

L
1,35

Re
1.35

Osul
1.3

Ir
1,35

Pt
1.35

La
1.35

Hg
1,5

Tl
1.9

Pb
1.8

Bi
1.6

Po
1.9

La
1,8

Fr
2.8

Ra
2,85

Mt.

↓

1,95

Acest
1.85

Pr
1.85

Nd
1,85

Pm
1,85

Sm
1,85

Eu
1,85

Doamne
1.8

Tb
1,75

Dy
1,75

Ho
1,75

Er
1,75

Tm
1,75

Yb
1,75

Ac
1,95

Th
1.8

Pa
1.8

U
1,75

Np
1,75

Pu
1,75

Am
1,75

Este

Note și referințe

(fr) Acest articol este preluat parțial sau în totalitate din articolul Wikipedia din limba engleză intitulat „ Atomic radius ” (a se vedea lista autorilor ) .

(în) F. Albert Cotton și Geoffrey Wilkinson , Chimie anorganică avansată , New York, Wiley ,1988, 1455 p. ( ISBN 978-0-471-84997-1 , OCLC 16580057 ) , p. 1385.
(en) Jean-Louis Basdevant James Rich și Michel Spiro, Fundamentals in Nuclear Physics: From Nuclear Structure to Cosmology , New York, Springer,2005, 515 p. ( ISBN 978-0-387-01672-6 , LCCN 2004056544 , citit online ) , p. 13 (fig 1.1).
(în) JC Slater , „ Raze atomice în cristale ” , Journal of Chemical Physics , vol. 41,1964, p. 3199 ( DOI 10.1063 / 1.1725697 ).

Vezi și tu

Articole similare

Bibliografie

Peter Atkins și Loretta Jones ( trad. André Pousse), Chimie: molecule, materie, metamorfoze [„Chimie: molecule, materie și schimbare”], Bruxelles Paris, De Boeck universite,1998, 1018 p. ( ISBN 978-2-7445-0028-2 , OCLC 489879525 , prezentare online ).
Jerome Rosenberg și Lawrence M. Epstein ( traducere de Jean-Claude Engrand), Chimie generală: cursuri și probleme [„Teoria și problemele chimiei colegiului”], Paris, McGraw-Hill, col. „Schaum”,1983, 351 p. ( ISBN 978-2-7042-1273-6 , OCLC 29372943 ).
Steven S Zumdahl ( tradus Maurice Rouleau), chimie generală , Montreal, Centrul educațional și cultural,1988, 481 pag. ( ISBN 978-2-7617-0471-7 și 978-2-761-70584-4 ).