Atomisk volum Hvordan det varierer i periodisk tabell og eksempler



den atomvolum er en relativ verdi som indikerer forholdet mellom det molære masse av et element og dens tetthet. Så, dette volumet avhenger av tettheten av elementet, og tettheten avhenger i sin tur av fasen og på hvordan atomene er ordnet innenfor dette.

Så atomvolumet for et Z-element er ikke det samme i en annen fase forskjellig fra den som utviser ved romtemperatur (væske, fast stoff eller gass), eller når det er en del av visse forbindelser. Således 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 marmor. Marmorene, som de blåaktige i det overlegne bildet, har meget godt definert deres materielle grense, som observeres takket være den strålende overflaten. I kontrast er atomenes grense diffus, selv om de kan betraktes som eksternt sfæriske.

Det som bestemmer et punkt utenfor atomgrensen er således nullsannsynligheten for å finne en elektron, og dette punktet kan være lengre eller nærmere kjernen avhengig av hvor mange nærliggende atomer samhandler rundt atomen i betraktning.

index

  • 1 Atomvolum og radius
  • 2 Ytterligere formel
  • 3 Hvordan varierer atomvolumet i det periodiske bordet?
    • 3.1 Atomvolum av overgangsmetaller
  • 4 eksempler
    • 4.1 Eksempel 1
    • 4.2 Eksempel 2
  • 5 referanser

Atomvolum og radius

Ved å interagere to H-atomer i H-molekylet2, posisjonene til deres kjerner er definert så vel som avstandene mellom dem (internukleære avstander). Hvis begge atomene er sfæriske, er radius avstanden mellom kjernen og den diffuse grensen:

I det øvre bildet kan man se hvordan sannsynligheten for å finne et elektron faller når det beveger seg bort fra kjernen. Fordeling av den indre kjerneavstanden mellom to, er atomradiusen oppnådd. Forutsatt at vi antar en sfærisk geometri for atomer, bruker vi formelen til å beregne volumet av en sfære:

V = (4/3) (Pi) r3

I dette uttrykket r er atomradiusen bestemt for H-molekylet2. Verdien av V beregnet ved denne upresise metoden kan endres dersom den for eksempel ble ansett som H2 i flytende eller metallisk tilstand. Denne metoden er imidlertid svært unøyaktig fordi atomenes former er langt borte fra den ideelle sfæren i deres interaksjoner.

For å bestemme atomvolumene i faststoffene, tas mange variabler vedrørende arrangementet i betraktning, og de oppnås ved røntgendiffraksjonsstudier..

Ytterligere formel

Molarmassen uttrykker mengden materie som har en mol atomer av et kjemisk element.

Dens enheter er g / mol. På den annen side er tettheten volumet som inntar ett gram av elementet: g / ml. Fordi enhetene i atomvolumet er ml / mol, må du leke med variablene for å nå de ønskede enhetene:

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

Eller hva er det samme:

(Molar masse) (1 / D) = V

(Molar masse / D) = V

Således kan volumet av en mol atomer av et element lett beregnes; mens med formelen for sfærisk volum beregnes volumet av et individuelt atom. For å nå denne verdien fra den første, er det nødvendig med en konvertering gjennom Avogadros nummer (6,02 · 10).-23).

Hvordan varierer atomvolumet i det periodiske bordet?

Hvis atomer betraktes som sfæriske, vil deres variasjon være det samme som observert i atomradius. I det øvre bildet, som viser de representative elementene, er det illustrert at fra høyre til venstre atomene dverg; i stedet, fra topp til bunn blir disse mer voluminøse.

Dette skyldes at i samme periode inkorporerer kjernen protoner når den beveger seg til høyre. Disse protonene utøver en attraktiv kraft på de eksterne elektronene, som føler en effektiv atomladning Zeff, mindre enn den faktiske kjernekostnaden Z.

Elektronene til de indre lagene avverger de av det ytre laget, og reduserer effekten av kjernen på disse; Dette er kjent som skjermeffekten. I samme periode klarer ikke skjermeffekten å motvirke økningen i antall protoner, slik at elektronene i det indre laget ikke forhindrer sammentrekning av atomer.

Men ved å synke inn i en gruppe, er nye energinivåer aktivert, noe som tillater elektroner å bane lenger bort fra kjernen. Også antallet elektroner i det indre laget øker, hvis skjermingseffekter begynner å bli redusert dersom kjernen legger til protoner igjen.

Av disse grunnene kan det ses at gruppe 1A har de mest voluminøse atomer, i motsetning til de små atomer i gruppe 8A (eller 18), den av edle gasser.

Atomiske volumer av overgangsmetaller

Atomene i overgangsmetallene innlemmer elektroner til de indre orbitaler d. Denne økningen av skjermeffekten og, så vel som den virkelige nukleare ladning Z, blir avbrutt nesten like, slik at deres atomer beholder sin tilsvarende størrelse i samme periode.

Med andre ord: i en periode utviser overgangsmetaller tilsvarende atomvolumer. Imidlertid er disse små forskjellene enormt viktige når man definerer metallkrystallene (som om de var metalliske kuler).

eksempler

To matematiske formler er tilgjengelige for å beregne atomvolumet av et element, hver med de tilsvarende eksempler.

Eksempel 1

Gitt atomradius av hydrogen -37 pm (1 piktometer = 10-12m) - og cesium -265 pm-, beregne atomvolumene.

Ved å bruke formelen for sfærisk volum, har vi da:

VH= (4/3) (3,14) (37 pm)3= 212,073

Vcs= (4/3) (3,14) (265 pm)3= 77912297,67 pm3

Imidlertid er de volumene uttrykt i pyrometre ublu, slik at de omdannes til angstromsenheter, multipliserer dem med konverteringsfaktoren (1Å / 100 pm)3:

(212.07 pm3) (1Å / 100 pm)3= 2.1207 × 10-4 Å3

(77912297,67 pm3) (1Å / 100 pm)3= 77,912 Å3

Dermed forblir forskjellene i størrelse mellom det lille atom av H og det store atom av Cs numerisk tydelig. Det må tas i betraktning at disse beregningene bare er tilnærminger under påstand om at et atom er helt sfærisk, som vandrer i ansiktet av virkeligheten.

Eksempel 2

Tettheten av rent gull er 19,32 g / ml og dens molare masse er 196,97 g / mol. Ved å bruke formelen M / D for å beregne volumet på en mol gullatomer har følgende:

VAu= (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 utgjør et gullatom spesifikt? Og hvordan uttrykkes det i enheter på pm3? For dette kan du bare bruke følgende konverteringsfaktorer:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10)-23 atomer) · (1 m / 100 cm)3· (1 pm / 10-12m)3= 16,92 · 106 pm3

På den annen side er atomradiusen av gull 166 pm. Hvis du sammenligner begge volumene - den som er oppnådd ved den forrige metoden og den som er beregnet med formelen for sfærisk volum - vil du oppdage at de ikke har samme verdi:

VAu= (4/3) (3,14) (166 pm)3= 19,15 · 106 pm3

Hvilken av de to er nærmest den aksepterte verdien? Den som er nærmest eksperimentelle resultater oppnådd ved røntgendiffraksjon av den krystallinske strukturen av gull.

referanser

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9. desember 2017). Atomisk volumdefinisjon. Hentet 6. juni 2018, fra: thoughtco.com
  2. Mayfair, Andrew. (13. mars 2018). Slik beregner du et volum av en atom. sciencing. Hentet 6. juni 2018, fra: sciencing.com
  3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer Atomic Volume Curves. Hentet 6. juni 2018, fra: wonderwhizkids.com
  4. Lumen. Periodiske trender: Atomisk Radius. Hentet 6. juni 2018, fra: courses.lumenlearning.com
  5. Camilo J. Derpich. Volum og atomdensitet. Hentet 6. juni 2018, fra: es-puraquimica.weebly.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kjemi. (8. utgave). CENGAGE Learning, s. 222-224.
  7. CK-12 Foundation. (22. februar 2010). Sammenligning av atomstørrelser. [Figur]. Hentet 6. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org
  8. CK-12 Foundation. (22. februar 2010). Atomradius av H2. [Figur]. Hentet 6. juni 2018, fra: commons.wikimedia.org