Comment trouver le rayon d'un atome à l'aide du tableau périodique. Rayons atomiques

Pour comprendre le problème, qu'est-ce que science moderne s'appelle le rayon d'un atome, rappelons-nous ce qu'est un atome lui-même. Selon les concepts classiques, au centre de l'atome se trouve un noyau composé de protons et de neutrons, et les électrons tournent chacun autour du noyau sur leur propre orbite.

Étant donné que dans ce modèle de la structure d'un atome, les électrons sont des particules spatialement limitées, c'est-à-dire des corpuscules, il est logique de considérer le rayon atomique (a.r.) comme la distance entre son noyau et l'orbite la plus éloignée, ou externe, dans laquelle l'atome se trouve. les électrons dits de valence tournent.

Cependant, selon les modernes idées de mécanique quantique, ce paramètre ne peut pas être déterminé de manière aussi univoque que dans modèle classique. Ici, les électrons ne sont plus représentés comme des corpuscules de particules, mais acquièrent les propriétés d'ondes, c'est-à-dire d'objets spatialement illimités. Dans un tel modèle, il est tout simplement impossible de déterminer avec précision la position de l'électron. Ici, cette particule est déjà représentée sous la forme d'une orbitale électronique dont la densité varie en fonction de la distance au noyau atomique.

Alors, dans modèle moderne En raison de la structure d’un atome, son rayon ne peut être déterminé sans ambiguïté. Ainsi, en physique quantique, en chimie générale, en physique solide et d'autres sciences connexes, cette valeur est aujourd'hui définie comme le rayon d'une sphère au centre de laquelle se trouve un noyau, dans lequel est concentrée 90 à 98 % de la densité du nuage électronique. En fait, cette distance détermine les limites de l’atome.

Si vous considérez le tableau périodique des éléments chimiques (tableau de Mendeleïev), qui répertorie les rayons atomiques, vous pouvez voir certains modèles qui s'expriment par le fait qu'au cours d'une période, ces nombres diminuent de gauche à droite et qu'au sein d'un groupe, ils augmentent de haut en bas. vers le bas. De tels modèles s'expliquent par le fait qu'au cours d'une période, lors du déplacement de gauche à droite, la charge de l'atome augmente, ce qui augmente la force d'attraction des électrons par celui-ci, et lorsqu'il se déplace à l'intérieur du groupe de haut en bas, il devient de plus en plus rempli coques électroniques.

Rayon atomique en chimie et cristallographie

Quels sont les types

Cette caractéristique varie considérablement en fonction de la liaison chimique dans laquelle se trouve l’atome. Puisque toutes les substances dans la nature sont majoritairement constituées de molécules, le concept de a. r. utilisé pour déterminer les distances interatomiques dans une molécule. UN cette caractéristique dépend des propriétés des atomes inclus dans la molécule, c'est-à-dire de leur position dans le tableau périodique des éléments chimiques. Ayant des différences physiques et propriétés chimiques, les molécules forment une grande variété de substances.

Essentiellement, cette valeur décrit l’étendue de la force d’attraction électrique entre le noyau d’un atome et ses couches électroniques externes. En dehors de cette sphère, la force d’attraction électrique d’un atome voisin entre en jeu. Existe plusieurs types de liaisons chimiques entre atomes dans une molécule :

• covalent;
• ionique;
• métal;
• Van der Waals.

Selon ces connexions, il en sera de même rayon atomique.

Comment cela dépend du type de liaison chimique

Dans une liaison covalente, AP est défini comme la moitié de la distance entre les atomes adjacents dans une seule liaison chimique. Connexions XX, et X est un non-métal, puisque cette liaison est caractéristique des non-métaux. Par exemple, pour les halogènes le rayon covalent sera égal à la moitié du rayon internucléaire distance X-X dans la molécule X2, pour les molécules de sélénium Se et de soufre S - la moitié de la distance X-X dans la molécule X8, pour le carbone C elle sera égale à la moitié de la plus courte distances N-N dans un cristal de diamant.

Cette liaison chimique a la propriété d'additivité, c'est-à-dire la sommation, qui permet de déterminer les distances internucléaires dans les molécules polyatomiques. Si la liaison dans la molécule est double ou triple, alors l'AR covalent diminue, car la longueur des liaisons multiples est inférieure à celle des liaisons simples.

Pour les liaisons ioniques formées dans les cristaux ioniques, les valeurs ioniques AR sont utilisées pour déterminer la distance entre l'anion et le cation les plus proches situés aux nœuds. réseau cristallin. Cette distance est définie comme la somme des rayons de ces ions.

Existe plusieurs façons de déterminer les rayons ioniques, auquel les valeurs des ions individuels diffèrent. Mais en conséquence, ces méthodes donnent environ mêmes valeurs distances internucléaires. Ces méthodes ou systèmes portent le nom de scientifiques qui ont mené des recherches pertinentes dans ce domaine :

• Goldschmidt ;
• Pauling ;
• Belova et Bokiya ;
• d'autres scientifiques.

Dans le cas d'une liaison métallique se produisant dans des cristaux métalliques, les AP sont considérés comme étant égaux à la moitié de la distance la plus courte qui les sépare. Le rayon métallique dépend du numéro de coordination K. À K = 12, sa valeur est classiquement prise comme unité. Pour les numéros de coordination 4, 6 et 8, les rayons métalliques du même élément seront respectivement de 0,88, 0,96 et 0,98.

Si nous prenons deux métaux différents et comparons les rayons métalliques de leurs éléments, alors la proximité de ces valeurs entre elles signifiera une condition nécessaire, mais non suffisante, pour la solubilité mutuelle de ces métaux selon le type de substitution. Par exemple, le potassium K liquide et le lithium Li dans conditions normales ne se mélangent pas et ne forment pas deux couches liquides, car leurs rayons métalliques sont très différents (respectivement 0,236 nm et 0,155 nm), et le potassium K avec le césium Cs forment une solution solide en raison de la proximité de leurs rayons (0,236 nm et 0,268 nm) .

van der Waals L'AR est utilisé pour déterminer les tailles efficaces des atomes de gaz rares, ainsi que les distances entre les atomes les plus proches du même nom qui appartiennent à des molécules différentes et ne sont pas reliés par une liaison chimique (par exemple, des cristaux moléculaires). Si de tels atomes se rapprochent d’une distance inférieure à la somme de leurs rayons de Van der Waals, une forte répulsion interatomique apparaîtra entre eux. Ces rayons déterminent les limites minimales admissibles de contact entre deux atomes appartenant à des molécules voisines.

De plus, les données AR sont utilisées pour déterminer la forme des molécules, leurs conformations et leur emballage dans des cristaux moléculaires. Le principe du « dense packaging » est connu, lorsque molécules formant un cristal, entrent les uns dans les autres avec leurs « saillies » et leurs « creux ». Sur la base de ce principe, les données cristallographiques sont interprétées et les structures des cristaux moléculaires sont prédites.

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Considérons la relation entre la position des éléments dans le tableau périodique et des propriétés d'éléments chimiques telles que le rayon atomique et l'électronégativité.

Le rayon atomique est une valeur qui montre la taille de la couche électronique d'un atome. Il s’agit d’une quantité très importante dont dépendent les propriétés des atomes d’éléments chimiques. Dans les sous-groupes principaux, avec une augmentation de la charge du noyau atomique, le nombre de niveaux électroniques augmente, donc le rayon atomique augmente avec une augmentation du numéro atomique dans les sous-groupes principaux.

Par périodes, il y a une augmentation de la charge du noyau atomique élément chimique, ce qui conduit à une attraction accrue des électrons externes vers le noyau. De plus, à mesure que la charge du noyau augmente, le nombre d’électrons dans le niveau externe augmente, mais le nombre de niveaux électroniques n’augmente pas. Ces modèles conduisent à une compression de la couche électronique autour du noyau. Par conséquent, le rayon atomique diminue avec l’augmentation du numéro atomique en périodes.

Par exemple, classons les éléments chimiques O, C, Li, F, N par ordre décroissant de rayons atomiques. Les éléments chimiques présentés sont dans la deuxième période. Au cours d'une période, les rayons atomiques diminuent avec l'augmentation du numéro atomique. Les éléments chimiques indiqués doivent donc être écrits par ordre croissant numéros de série: Li, C, N, O, F.

Les propriétés des éléments et des substances qu'ils forment dépendent du nombre d'électrons de valence, qui est égal au numéro de groupe dans le tableau périodique.

Niveaux d'énergie complétés ainsi que niveau externe, contenant huit électrons, ont une stabilité accrue. C'est ce qui explique l'inertie chimique de l'hélium, du néon et de l'argon : ils n'entrent pas du tout dans des réactions chimiques. Les atomes de tous les autres éléments chimiques ont tendance à abandonner ou à gagner des électrons, de sorte que leur couche électronique devient stable et se transforment en particules chargées.

Électronégativité- c'est la capacité d'un atome dans des composés à attirer des électrons de valence, c'est-à-dire des électrons à travers lesquels des liaisons chimiques se forment entre les atomes. Cette propriété est due au fait que les atomes s'efforcent de compléter la couche électronique externe et d'obtenir une configuration énergétiquement favorable du gaz inerte - 8 électrons.

L'électronégativité dépend de la capacité du noyau atomique à attirer les électrons du niveau d'énergie externe. Plus cette attraction est forte, plus l’électronégativité est grande. Plus le rayon atomique est petit, plus la force d’attraction entre les électrons du niveau d’énergie externe est grande. Par conséquent, le changement d'électronégativité dans les périodes et les sous-groupes principaux sera opposé au changement des rayons atomiques. Par conséquent, dans les principaux sous-groupes, l’électronégativité diminue avec l’augmentation du numéro atomique. Dans les périodes où le numéro atomique augmente, l'électronégativité augmente.

Par exemple, classons les éléments chimiques Br, F, I, Cl par ordre d'électronégativité croissante. Les éléments chimiques répertoriés appartiennent au sous-groupe principal du septième groupe. Dans les principaux sous-groupes, l'électronégativité diminue avec l'augmentation du numéro atomique. Ainsi, les éléments chimiques indiqués doivent être écrits par ordre décroissant de leurs numéros d'ordre : I, Br, Cl, F.

Pour les éléments s et p, le changement de rayon à la fois dans les périodes et dans les sous-groupes est plus prononcé que pour les éléments d et f, car les électrons d et f sont internes. Tailles des atomes et des ions (rayons des atomes et des ions). Les rayons covalents des éléments avec une liaison covalente sont compris comme la moitié de la distance interatomique entre les atomes les plus proches reliés par une seule liaison covalente.

Par conséquent, l’atome se voit attribuer un certain rayon, estimant que la grande majorité de la densité électronique (environ 90 %) est contenue dans la sphère de ce rayon. Le rayon d'un atome correspond aux limites du nuage électronique. Le changement des rayons atomiques dans le système périodique est de nature périodique, car il est déterminé par les propriétés des couches électroniques. Les rayons des atomes connectés les uns aux autres sont appelés effectifs. Les rayons efficaces sont déterminés en étudiant la structure des molécules et des cristaux.

Le rayon d'un atome fait référence à la distance entre le noyau d'un atome donné et son orbite électronique la plus externe. Aujourd'hui, l'unité de mesure généralement acceptée du rayon atomique est le picomètre (pm).

La structure de la planète Terre est divisée en un noyau, un manteau et une croûte. Le noyau est la partie centrale la plus éloignée de la surface. De plus, dans la structure du noyau terrestre, il existe un noyau interne solide, d'un rayon d'environ 1 300 kilomètres, et un noyau externe liquide, d'un rayon d'environ 2 200 kilomètres. Pour estimer le rayon de la planète, des méthodes géochimiques et géophysiques indirectes sont utilisées.

La dépendance de la masse du noyau sur le rayon n'est pas linéaire. Cela est dû au fait que les électrons, comme les planètes système solaire, déplacez-vous autour du Soleil - les noyaux d'un atome. Les orbites du mouvement des électrons sont constantes.

Cela a créé des difficultés dans la construction de la piste et créé un bruit incroyable. Suivant... LE RAYON ATOMIQUE est une caractéristique d'un atome qui permet d'estimer approximativement les distances interatomiques (internucléaires) dans les molécules et les cristaux. Étant donné que les atomes n’ont pas de limites claires, lors de l’introduction du concept « A. r." impliquent que 90 à 98 % de la densité électronique d’un atome est contenue dans une sphère de ce rayon.

Les rayons ioniques sont utilisés pour des estimations approximatives des distances internucléaires dans les cristaux ioniques. On pense que la distance entre le cation et l’anion les plus proches est égale à la somme de leurs rayons ioniques. A.r. cations et aux valeurs sous-estimées de A. r. anions. Lorsque les atomes se rapprochent à une distance inférieure à la somme de leurs rayons de Van der Waals, une forte répulsion interatomique se produit.

6.6. Caractéristiques de la structure électronique des atomes de chrome, de cuivre et de certains autres éléments

Connaissance de van der Waals A. r. permet de déterminer la forme des molécules, la conformation des molécules et leur conditionnement dans des cristaux moléculaires. Grâce à ce principe, il est possible d'interpréter les données cristallographiques disponibles et, dans certains cas, de prédire la structure des cristaux moléculaires.

2.6. Périodicité des caractéristiques atomiques

Nous savons (pp. 31, 150) que même à des températures nulles absolues, des vibrations des noyaux des molécules et des cristaux se produisent. Le molybdène et le tungstène, en raison de la compression des lanthanides, ont des rayons d'atomes et d'ions E + proches. Ceci explique la plus grande similitude des propriétés du Mo et du III entre eux qu'entre chacun d'eux et le chrome.

Modification des propriétés des éléments diagonaux

Comme indiqué dans le tableau. 14, les rayons des atomes et des ions de terres rares diminuent naturellement de La à Lu. Ce phénomène est connu sous le nom de compression des lanthanides. La raison de la compression est le blindage d’un électron par un autre dans la même couche.

Jusqu’à présent, la périodicité secondaire a été notée principalement pour les éléments des sous-groupes principaux de la Fig. 62 indique qu'il existe pour les électrons s et dans des sous-groupes supplémentaires. Le concept de théorie de la coordination est utilisé non seulement pour considérer l'environnement des atomes dans les cristaux, mais aussi dans les molécules libres (dans les gaz) et dans les ions polyatomiques existant dans les solutions.

La séquence d'éléments dans le tableau périodique de Mendeleïev correspond à la séquence de remplissage des couches électroniques. Le rayon effectif de l'ion dépend du remplissage des couches électroniques, mais il n'est pas égal au rayon de l'orbite externe.

Principe d'identité des particules

Les rayons atomiques et ioniques sont déterminés expérimentalement à partir de mesures aux rayons X des distances interatomiques et calculés théoriquement sur la base de concepts de mécanique quantique. 2. Pour le même élément, le rayon ionique augmente avec l'augmentation charge négative et diminue avec l'augmentation de la charge positive. Le rayon atomique d'un élément chimique dépend du numéro de coordination. Une augmentation du nombre de coordination s'accompagne toujours d'une augmentation des distances interatomiques.

Dans le cas de solutions solides, les rayons atomiques métalliques changent de manière complexe. Une caractéristique des rayons covalents est leur constance dans différentes structures covalentes avec les mêmes numéros de coordination. Les rayons ioniques dans les substances ayant des liaisons ioniques ne peuvent pas être déterminés comme la moitié de la somme des distances entre les ions proches.

L'affinité électronique n'est pas connue pour tous les atomes. Dans de nombreux cas, la distance la plus courte entre deux atomes est en effet approximativement égale à la somme des rayons atomiques correspondants. Le rayon d'un atome libre est considéré comme la position du maximum principal de la densité des couches électroniques externes. Les rayons des atomes et des ions dépendent du c.n. La valeur du rayon Ha ou ri pour un c.n différent. peut être trouvé en multipliant g par un nombre donné. selon un certain rapport.

À la fin de l'article, vous pourrez décrire : Définition du rayon atomique, tendance du tableau périodique, plus grand rayon atomique, diagramme du rayon atomique.

Commençons par discuter un par un.

Définition du rayon atomique

L’image générale de l’atome dans notre esprit est celle d’une sphère. Si cela est considéré comme correct, alors cette définition est :

Cependant, il n’existe aucune certitude quant à la position exacte des électrons à un moment donné. Théoriquement, un électron peut être à un moment donné très proche du noyau, tandis qu’à d’autres moments il peut en être éloigné. De plus, il est impossible de mesurer la valeur exacte du rayon atomique de l'atome d'un élément, car l'atome est beaucoup plus petit.
Pourquoi n’y a-t-il aucun moyen de le déterminer avec précision ?
UN. Il n'est pas possible d'isoler un atome. B. Il est impossible de mesurer la distance exacte d'un atome sans avoir une idée claire une certaine forme
ou frontière et la probabilité électronique est de niveau zéro, même à une grande distance du noyau. C. Cela peut changer en raison de l'influence environnement

et bien d'autres raisons. On peut cependant exprimer diverses formes. atome selon la nature de la liaison entre les atomes

Malgré les limitations ci-dessus, il existe trois concepts opérationnels :

Rayon covalent

Dans les molécules homoatomiques (contenant le même type d'atomes), le rayon covalent est défini comme

Rayon de Van der Waals

• En fait, les forces de Van der Waals sont faibles, leur ampleur (pouvoir) d’attraction est moindre, dans les états gazeux et liquide de la matière. Par conséquent, le rayon est déterminé à l’état solide lorsque l’amplitude de la force est censée être à son maximum.
• La valeur de Van der Waal est supérieure au rayon covalent.

Par exemple, la force de Van der Waal du chlore est de 180 m et le rayon covalent est de 99 pm (picomètre).

Rayon métallique parce que la liaison métallique est plus faible que la liaison covalente

• la distance moléculaire internucléaire entre deux atomes dans une liaison métallique est supérieure à celle d'une liaison covalente.

Une liaison métallique est plus qu’une liaison covalente.

Au cours de l’étude, les scientifiques ont découvert la plus petite particule de matière et l’ont nommée atome. Différents atomes de différents éléments présentent des caractéristiques chimiques et chimiques différentes. propriétés physiques. Cela peut être constaté lorsque le rayon atomique change dans les tendances du tableau périodique. Le changement des rayons atomiques a grande influence sur le comportement des atomes dans le processus réaction chimique. En effet, cela affecte l’énergie d’ionisation, la réactivité chimique et de nombreux autres facteurs.

Il convient de noter que le rayon atomique du dernier élément de chaque période est assez grand. Parce que les gaz rares sont considérés comme ayant un rayon de van der Waal, qui a toujours une valeur supérieure au rayon covalent. Lorsque l'on compare trois rayons atomiques, l'ordre des forces

• Van der Waal >Rayon métallique>Covalent

Tendance du rayon atomique

Pendant la période le nombre d'obus reste inchangé, mais la charge nucléaire augmente. Ceci est une conséquence d’une augmentation de la force d’attraction sur le noyau, ce qui entraîne une réduction de sa taille.

• Attraction nucléaireα1/ Rayons atomiques.
• Nombre quantique principal ( N)α Rayons atomiques.
• Effet écran α Rayons atomiques.
• Nombre d'obligationsα1/ Rayons atomiques.

Remarque : le radium atomique est pluriel du rayon de l'atome.

Dans un groupe, à mesure que vous vous déplacez de haut en bas dans un groupe, les rayons atomiques augmentent avec l'augmentation du numéro atomique, cela est dû au fait que la quantité d'énergie des coquilles augmente.

Le plus grand rayon atomique

• L'hydrogène est la plus petite taille.
• Le francium, ayant le numéro atomique 87, a un rayon covalent et de van der Waals plus grand que le césium.
• Puisque le Francium est un élément extrêmement instable. Ainsi, le césium possède le numéro atomique le plus élevé.

Il s'agit des bases Détermination du rayon atomique, tendance du tableau périodique, plus grand rayon atomique, diagramme du rayon atomique.

Les atomes n'ont pas de limites claires, mais la probabilité de trouver un électron associé au noyau d'un atome donné à une certaine distance de ce noyau diminue rapidement avec l'augmentation de la distance. Par conséquent, l’atome se voit attribuer un certain rayon, estimant que la grande majorité de la densité électronique (environ 90 %) est contenue dans la sphère de ce rayon.

Une estimation typique du rayon d'un atome est de 1 angström (1 Å), égal à 10 -10 m.

Rayon atomique et distances internucléaires

Dans de nombreux cas, la distance la plus courte entre deux atomes est en effet approximativement égale à la somme des rayons atomiques correspondants. Selon le type de liaison entre les atomes, on distingue les rayons atomiques métalliques, ioniques, covalents et certains autres.

Voir aussi

Links

Fondation Wikimédia.

2010.

Voyez ce qu'est « Rayon atomique » dans d'autres dictionnaires :

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Encyclopédie de Collier

Rayon de Bohr (rayon de Bohr), rayon de l'orbite électronique d'un atome d'hydrogène le plus proche du noyau dans le modèle atomique proposé par Niels Bohr en 1913 et qui fut le précurseur de la mécanique quantique. Dans le modèle, les électrons se déplacent sur des orbites circulaires... ... Wikipédia

rayon atomique Les rayons de Van der Waals déterminent la taille effective des atomes de gaz rares. De plus, les rayons de Van der Waals sont considérés comme étant la moitié de la distance internucléaire entre les atomes du même nom les plus proches qui ne sont pas chimiquement connectés... ... Wikipédia

- atomo spindulys statusas T sritis fizika atitikmenys : engl. rayon atomique vok. Rayon atomique, m rus. rayon atomique, m; rayon atomique, m pranc. rayon atomique, m; rayon de l'atome, m … Fizikos terminų žodynas Rayon a 0 de la première orbite électronique (la plus proche du noyau) dans un atome d'hydrogène, selon la théorie atomique de N. Bohr (1913) ; a 0= 5,2917706(44)*10 11 m. En mécanique quantique. théorie atomique B. r. correspond à la distance du noyau, au rhum avec Naib. c'est possible... ...

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