ATOMISK VOLUMEN: HVORDAN DET VARIERER I PERIODISKE TABELLER OG EKSEMPLER - KEMI - 2025

Den atomare volumen er en relativ værdi, som indikerer forholdet mellem den molære masse af et element og dens densitet. Så dette volumen afhænger af densitet af elementet, og densiteten afhænger igen af ​​fasen, og hvordan atomerne er arrangeret inden i det.

Atomvolumenet for et element Z er således ikke det samme i en anden fase end den, der udviser ved stuetemperatur (flydende, fast eller gasformig), eller når det er en del af visse forbindelser. Således er atomvolumenet af Z i forbindelse ZA forskelligt fra det for Z i forbindelse ZB.

Hvorfor? For at forstå det er det nødvendigt at sammenligne atomer med for eksempel marmor. Marmorerne, ligesom de blålige på billedet ovenfor, har en meget veldefineret materialegrænse, som kan ses takket være deres skinnende overflade. I modsætning hertil er atomernes grænse diffus, selvom de kan betragtes som fjernt sfærisk.

Det, der bestemmer et punkt ud over atomgrænsen, er nul-sandsynligheden for at finde et elektron, og dette punkt kan være længere eller tættere på kernen afhængigt af hvor mange nabomater, der interagerer omkring det atom, der betragtes.

Atomvolumen og radius

A de to atomer interagerer H H-molekyle i _to, deres positioner defineres som afstandene mellem disse (internukleære afstande). Hvis begge atomer er sfæriske, er radius afstanden mellem kernen og den uklar grænse:

På billedet ovenfor kan du se, hvordan sandsynligheden for at finde et elektron falder, når det bevæger sig væk fra kernen. Derefter deles den internukleære afstand med to, og den atomiske radius opnås. Derefter, hvis man antager en sfærisk geometri for atomerne, bruges formlen til at beregne volumen af ​​en kugle:

V = (4/3) (Pi) r ³

I dette udtryk r er atomradius bestemt for H ₂ molekylet. Værdien af V beregnes ved denne upræcis fremgangsmåde kan ændres, hvis for eksempel H ₂ betragtes i flydende eller metalliske tilstand. Imidlertid er denne metode meget unøjagtig, fordi atomenes former er meget langt fra den ideelle sfære i deres interaktion.

For at bestemme atomvolumenerne i faste stoffer tages mange variabler med hensyn til arrangementet i betragtning, og som opnås ved røntgendiffraktionsundersøgelser.

Yderligere formel

Molmasse udtrykker den mængde stof, der har en mol atomer af et kemisk element.

Dens enheder er g / mol. På den anden side er densiteten det volumen, som et gram af elementet optager: g / ml. Da enhederne med atomvolumen er mL / mol, er vi nødt til at lege med variablerne for at nå frem til de ønskede enheder:

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

Eller hvad er det samme:

(Mol masse) (1 / D) = V

(Mol masse / D) = V

Således kan volumenet af en mol atomer af et element let beregnes; mens den sfæriske volumenformel beregner volumen af ​​et individuelt atom. For at nå frem til denne værdi fra den første er det nødvendigt med en konvertering gennem Avogadros nummer (6,02 · ^10-23).

Hvordan varierer atomvolumenet på det periodiske system?

Hvis atomerne betragtes som sfæriske, vil deres variation være den samme som observeret i atomradier. På billedet ovenfor, der viser repræsentative elementer, illustreres det, at fra højre til venstre bliver atomerne mindre; i stedet for fra top til bund bliver de mere omfangsrige.

Dette skyldes, at kernen i samme periode inkorporerer protoner, når den bevæger sig til højre. Disse protoner udøver en attraktiv kraft på de eksterne elektroner, der føler en effektiv atomladning Z _ef, mindre end den reelle atomladning Z.

Elektronerne i de indre skaller skubber dem ud fra den ydre skal, hvilket reducerer virkningen af ​​kernen på dem; dette er kendt som skærmeffekten. I samme periode kan skærmeffekten ikke modvirke stigningen i antallet af protoner, så elektronerne i den indre skal ikke forhindrer atomer i at trække sig sammen.

At falde ned i en gruppe gør det imidlertid muligt for nye energiniveauer, der tillader elektroner at gå i kredsløb længere fra kernen. Ligeledes stiger antallet af elektroner i den indre skal, hvis beskyttelseseffekter begynder at blive mindre, hvis kernen tilføjer protoner igen.

Af disse grunde forstås det, at gruppe 1A har de mest voluminøse atomer, i modsætning til de små atomer i gruppe 8A (eller 18), den for ædelgasser.

Atomiske volumener af overgangsmetaller

Overgangsmetalatomer inkorporerer elektroner i de indre d-orbitaler. Denne stigning i skærmeffekten og i den reelle nukleare ladning Z annulleres næsten lige så deres atomer bevarer samme størrelse i samme periode.

Med andre ord: I en periode udviser overgangsmetaller lignende atomvolumener. Imidlertid er disse små forskelle enormt betydelige, når man definerer metalliske krystaller (som om de var metalliske kugler).

eksempler

Der er to matematiske formler til rådighed for at beregne atomens volumen til hvert element, hver med dets tilsvarende eksempler.

Eksempel 1

Givet den atomare radius af hydrogen -37 pm (1 picometer = 10 ^-12 m) - og cæsium -265 pm, beregn deres atomare mængder.

Ved hjælp af den sfæriske volumenformel har vi derefter:

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

Imidlertid er disse volumener udtrykt i picometre ublu, så de omdannes til enheder af angstromer ved at multiplicere dem med konverteringsfaktoren (1 Å / 100 pm) ³:

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

(77912297.67 pm ³) (1 Å / 100 pm) ³ = 77.912 Å ³

Størrelsesforskellene mellem det lille H-atom og det omfangsrige Cs-atom er således numerisk påvist. Det skal bemærkes, at disse beregninger kun er tilnærmelser under udsagnet om, at et atom er totalt sfærisk, som vandrer foran virkeligheden.

Eksempel 2

Tætheden af ​​rent guld er 19,32 g / ml, og dens molmasse er 196,97 g / mol. Ved anvendelse af M / D-formlen til beregning af volumen af ​​en mol guldatomer opnås følgende:

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

Det vil sige, at 1 mol guldatomer optager 10,19 ml, men hvilket volumen optager et guldatom specifikt? Og hvordan udtrykkes det i enheder fra pm ³ ? Til dette skal du blot anvende følgende konverteringsfaktorer:

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

På den anden side er atomaradien med guld 166 pm. Hvis begge volumener sammenlignes - den opnået ved den foregående metode og den, der er beregnet med den sfæriske volumenformel - vil det konstateres, at de ikke har den samme værdi:

V _Au = (4/3) (3,14) (166 pm) ³ = 19.15 · 10 ⁶ pm ³

Hvilken af ​​de to er tættest på den accepterede værdi? Den der er tættest på de eksperimentelle resultater opnået ved røntgenstrålediffraktion af krystalstrukturen af ​​guld.

Referencer

1. Helmenstine, Anne Marie, ph.d. (9. december 2017). Definition af atomvolumen. Hentet den 6. juni 2018 fra: thoughtco.com
2. Mayfair, Andrew. (13. marts 2018). Sådan beregnes volumen på et atom. 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: Atomisk radius. Hentet den 6. juni 2018 fra: kurser.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Atomisk volumen og densitet. 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). Sammenlignende atomstørrelser.. Hentet den 6. juni 2018 fra: commons.wikimedia.org
8. CK-12 Foundation. (22. februar 2010). Atomradius af H ₂.. Hentet den 6. juni 2018 fra: commons.wikimedia.org