- Atomvolum og radius
- Tilleggsformel
- Hvordan varierer atomvolumet på det periodiske systemet?
- Atomvolumer av overgangsmetaller
- eksempler
- Eksempel 1
- Eksempel 2
- referanser
Den atomvolum er en relativ verdi som angir forholdet mellom den molare massen til et element og dets tetthet. Så dette volumet avhenger av tettheten til elementet, og tettheten avhenger igjen av fasen og hvordan atomene er anordnet i det.
Dermed er atomvolumet for et element Z ikke det samme i en annen fase enn den det utviser ved romtemperatur (flytende, fast eller gassformig), eller når det er en del av visse forbindelser. Dermed er atomvolumet av Z i forbindelse ZA forskjellig fra det for Z i forbindelse ZB.
Hvorfor? For å forstå det, er det nødvendig å sammenligne atomer med for eksempel klinkekuler. Marmorene, som de blålige på bildet ovenfor, har en veldig godt definert materialgrense, som kan sees takket være deres blanke overflate. Derimot er atomenes grense diffus, selv om de kan betraktes som ekstern sfærisk.
Det som bestemmer et punkt utenfor atomgrensen, er nul-sannsynligheten for å finne et elektron, og dette punktet kan være lenger eller nærmere kjernen, avhengig av hvor mange nabomater som interagerer rundt atomet under vurdering.
Atomvolum og radius
A de to atomene interagerer H H-molekylet i to , og deres sentrers posisjoner er definert som avstandene mellom disse (internukleære avstander). Hvis begge atomene er sfæriske, er radius avstanden mellom kjernen og den uklare grensen:
På bildet over kan du se hvordan sannsynligheten for å finne et elektron synker når den beveger seg bort fra kjernen. Dernest deles den internukleære avstanden med to, og oppnås atomradius. Deretter, med utgangspunkt i en sfærisk geometri for atomene, brukes formelen for å beregne volumet til en sfære:
V = (4/3) (Pi) r 3
I dette uttrykket r er atomradius som er bestemt for H- 2- molekylet . Verdien av V beregnet ved denne upresise metoden kan endre seg hvis for eksempel H 2 blir vurdert i flytende eller metallisk tilstand. Imidlertid er denne metoden veldig unøyaktig fordi atomenes former er veldig langt fra den ideelle sfæren i sine interaksjoner.
For å bestemme atomvolumene i faste stoffer, tas mange variabler angående arrangementet i betraktning, og som er oppnådd ved røntgendiffraksjonsstudier.
Tilleggsformel
Molmasse uttrykker mengden materie som har en mol atomer av et kjemisk element.
Enhetene er g / mol. På den annen side er tettheten volumet som et gram av elementet opptar: g / ml. Siden enhetene med atomvolum er ml / mol, må vi leke med variablene for å komme frem til de ønskede enhetene:
(g / mol) (ml / g) = ml / mol
Eller hva er det samme:
(Molmasse) (1 / D) = V
(Molmasse / D) = V
Dermed kan volumet av en mol atomer av et element lett beregnes; mens den sfæriske volumformelen beregner volumet til et individuelt atom. For å komme frem til denne verdien fra den første, er en konvertering nødvendig gjennom Avogadros nummer (6.02 · 10-23 ).
Hvordan varierer atomvolumet på det periodiske systemet?
Hvis atomene blir betraktet som sfæriske, vil variasjonen deres være den samme som observeres i atomradier. På bildet over, som viser representative elementer, illustreres det at fra høyre til venstre blir atomene mindre; i stedet, fra topp til bunn blir de mer omfangsrike.
Dette er fordi kjernen i samme periode inkorporerer protoner når den beveger seg til høyre. Disse protonene utøver en attraktiv kraft på de eksterne elektronene, som føler en effektiv atomladning Z ef , mindre enn den virkelige kjernefysiske ladningen Z.
Elektronene i de indre skjellene avviser dem fra det ytre skallet, og reduserer effekten av kjernen på dem; dette er kjent som skjermeffekten. I samme periode kan ikke skjermeffekten motvirke økningen i antall protoner, så elektronene i det indre skallet forhindrer ikke atomer i å trekke seg sammen.
Å gå ned i en gruppe muliggjør imidlertid nye energinivåer, som lar elektroner gå i bane videre fra kjernen. På samme måte øker antall elektroner i det indre skallet, hvis beskyttelseseffekter begynner å bli mindre hvis kjernen tilfører protoner igjen.
Av disse grunner blir det forstått at gruppe 1A har de mest voluminøse atomer, i motsetning til de små atomer i gruppe 8A (eller 18), de av edle gasser.
Atomvolumer av overgangsmetaller
Overgangsmetallatomer inkorporerer elektroner i de indre d-bane. Denne økningen i skjermeffekten og, så vel som i den virkelige kjernefysiske ladningen Z, avbryter nesten like mye, slik at atomene deres har samme størrelse i samme periode.
Med andre ord: I en periode utviser overgangsmetaller lignende atomvolumer. Imidlertid er disse små forskjellene enorme signifikante når du definerer metallkrystaller (som om de var metalliske klinkekuler).
eksempler
To matematiske formler er tilgjengelige for å beregne atomvolumet til et element, hver med tilhørende eksempler.
Eksempel 1
Gitt atomradius for hydrogen -37 pm (1 pikometer = 10-12 m) - og cesium -265 pm-, beregne deres atomvolum.
Ved å bruke den sfæriske volumformelen har vi da:
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 volumene uttrykt i picometre ublu, så de transformeres til enheter av angstrømmer, multipliserer dem med konverteringsfaktoren (1 Å / 100 pm) 3 :
(212.07 pm 3 ) (1 Å / 100pm) 3 = 2.1207 × 10 -4 Å 3
(77912297.67 pm 3 ) (1 Å / 100pm) 3 = 77.912 Å 3
Dermed er størrelsesforskjellene mellom det lille H-atomet og det voluminøse Cs-atomet dokumentert. Det må huskes at disse beregningene bare er tilnærminger under påstanden om at et atom er helt sfærisk, som vandrer foran virkeligheten.
Eksempel 2
Tettheten av rent gull er 19,32 g / ml, og molmassen er 196,97 g / mol. Ved anvendelse av M / D-formelen for å beregne volumet av en mol gullatomer oppnås følgende:
V Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / ml) = 10,19 ml / mol
Det vil si at 1 mol gullatomer opptar 10,19 ml, men hvilket volum opptar et gullatom spesifikt? Og hvordan uttrykke det i enheter fra pm 3 ? For dette bruker du bare følgende konverteringsfaktorer:
(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 - 10-23 atomer) · (1 m / 100 cm) 3 · (13 pm / 10 -12 m) 3 = 16,92 · 10 6 pm 3
På den annen side er atomradiusen av gull 166 pm. Hvis begge volumene blir sammenlignet - den som er oppnådd ved den forrige metoden og den som er beregnet med den sfæriske volumformelen - vil det bli funnet at de ikke har samme verdi:
V Au = (4/3) (3,14) (166 pm) 3 = 19,15 * 10 ~ til 6 pm 3
Hvilken av de to er nærmest den aksepterte verdien? Den som er nærmest de eksperimentelle resultatene oppnådd ved røntgenstrålediffraksjon av krystallstrukturen av gull.
referanser
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9. desember 2017). Definisjon av atomvolum. Hentet 6. juni 2018, fra: thoughtco.com
- Mayfair, Andrew. (13. mars 2018). Hvordan beregne volumet til et atom. Sciencing. Hentet 6. juni 2018, fra: sciencing.com
- Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer Atomic Volume Curves. Hentet 6. juni 2018, fra: wonderwhizkids.com
- Lumen. Periodiske trender: Atomisk radius. Hentet 6. juni 2018, fra: kurs.lumenlearning.com
- Camilo J. Derpich. Atomvolum og tetthet. Hentet 6. juni 2018, fra: es-puraquimica.weebly.com
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utg.). CENGAGE Learning, s 222-224.
- Stiftelsen CK-12. (22. februar 2010). Sammenlignende atomstørrelser. . Hentet 6. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org
- Stiftelsen CK-12. (22. februar 2010). Atomradius på H 2 . . Hentet 6. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org