Ατομική Ακτίνα – Ορισμός, Τύποι, Περιοδικές Τάσεις

Ένα άτομο περιλαμβάνει τρία κύρια υποατομικά σωματίδια:ηλεκτρόνια, νετρόνια και πρωτόνια. Ταυτόχρονα, τα νετρόνια και τα πρωτόνια βρίσκονται μέσα σε μια περιοχή στο κέντρο του ατόμου που είναι γνωστή ως πυρήνας. τα ηλεκτρόνια περιφέρονται γύρω από αυτόν τον πυρήνα σε μια κυκλική διαδρομή. Η ατομική ακτίνα αναφέρεται στη συνολική απόσταση από το κέντρο του πυρήνα στην τροχιά που βρίσκεται στη μεγαλύτερη απόσταση από τον πυρήνα. Αυτό το ιστολόγιο επικεντρώνεται στη συζήτηση της ατομικής ακτίνας και των χαρακτηριστικών της.

Τι είναι οι ατομικές ακτίνες ή η ατομική ακτίνα;

Ο ορισμός της ατομικής ακτίνας:Η ατομική ακτίνα μπορεί να οριστεί ως η συνολική απόσταση μεταξύ του κέντρου του ατομικού πυρήνα μέχρι την εξώτατη τροχιά στην οποία περιστρέφονται τα ηλεκτρόνια του.

Η ατομική ακτίνα ενός χημικού στοιχείου ορίζεται ως η μέση απόσταση από τον πυρήνα του ατόμου μέχρι το όριο των κελυφών των ηλεκτρονίων που τον περιβάλλουν. Η ατομική ακτίνα μπορεί να συγκριθεί με την ακτίνα ενός κύκλου, όπου ο πυρήνας αντιστοιχεί στο κέντρο του κύκλου, ενώ η εξώτατη τροχιά μπορεί να συγκριθεί με την εξωτερική άκρη του κύκλου. Η εύρεση της ατομικής ακτίνας είναι δύσκολη καθώς υπάρχει αβεβαιότητα σχετικά με τη θέση της εξώτατης τροχιάς των ηλεκτρονίων.

Μια ακριβής μέτρηση της ατομικής ακτίνας μπορεί να ληφθεί χρησιμοποιώντας την Αρχή Αβεβαιότητας του Heisenberg, σύμφωνα με την οποία η ακτίνα προσδιορίζεται με βάση την απόσταση μεταξύ δύο ατόμων που συνδέονται μεταξύ τους. Οι ατομικές ακτίνες διαφέρουν ανάλογα με τον τύπο του δεσμού που σχηματίζει ένα άτομο. Έτσι, ένα άτομο δεν έχει σταθερή ακτίνα και οι ακτίνες εξαρτώνται από τον τύπο των δεσμών που σχηματίζουν τα άτομα. Γενικά, η ατομική ακτίνα νατρίου είναι 227 pm, ενώ η ατομική ακτίνα του αλουμινίου είναι 143 pm.

Τύποι ατομικής ακτίνας σχετικά με τους τύπους δεσμών

Ανάλογα με τον τύπο του δεσμού που σχηματίζει ένα άτομο, οι ατομικές ακτίνες χωρίζονται στους ακόλουθους τρεις τύπους:

Ιωνική ακτίνα
Ομοιοπολική ακτίνα
Μεταλλική ακτίνα

Ομοιοπολική ακτίνα

Ορισμός ομοιοπολικής ατομικής ακτίνας:Αυτή είναι η ακτίνα ενός ατόμου που μετράται όταν το άτομο είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένο με ένα άλλο άτομο παρόμοιου στοιχείου. Μπορεί να προσδιοριστεί μετρώντας τα μήκη μεταξύ των ζευγών ατόμων που είναι ομοιοπολικά συνδεδεμένα. Εάν τα δύο άτομα του ζεύγους είναι παρόμοια, η ομοιοπολική ακτίνα θα ισούται με το μισό του συνολικού μήκους του δεσμού. Αν και αυτό είναι απλό για ορισμένα μόρια όπως το CI2 και το O2, σε ορισμένες περιπτώσεις, η ομοιοπολική ακτίνα πρέπει να συναχθεί μετρώντας τα μήκη των δεσμών των ατόμων με ήδη γνωστές ακτίνες.

Ιονική ακτίνα

Ορισμός ιοντικής ατομικής ακτίνας:Αυτή είναι η ατομική ακτίνα που σχηματίζει έναν ιοντικό δεσμό. Οι ατομικοί δεσμοί περιορίζουν τα ηλεκτρόνια. Εξαιτίας αυτού, αυτά τα ιόντα ή άτομα στερούνται συγκεκριμένου σχήματος. Η μονάδα στην οποία η ιοντική ακτίνα μετράται σε πικόμετρα (pm) ή Armstrong (Å). Οι χαρακτηριστικές ιοντικές ακτίνες κυμαίνονται από 30-200 μ.μ. Δεν υπάρχει μία ιοντική ακτίνα. Αντίθετα, ποικίλλει όσον αφορά την κατάσταση σπιν ηλεκτρονίων, τον αριθμό συντονισμού και πολλούς άλλους παράγοντες. Με την αύξηση των αριθμών συντονισμού, το μέγεθος του ιόντος αυξάνεται. Αυξάνεται επίσης για ένα ιόν που έχει υψηλότερη κατάσταση σπιν ενός ηλεκτρονίου από ένα με χαμηλότερη κατάσταση σπιν. Λαμβάνοντας υπόψη το φορτίο ενός ιόντος, τα θετικά φορτισμένα ιόντα είναι μικρότερα σε μέγεθος από τα αρνητικά φορτισμένα.

Μεταλλική ακτίνα

Ορισμός μεταλλικής ατομικής ακτίνας:Αυτή είναι η ακτίνα που σχηματίζει ένα άτομο όταν συνδέονται μεταλλικοί δεσμοί μαζί του. Είναι ίσο με το ήμισυ της απόστασης μεταξύ γειτονικών ατομικών πυρήνων σε ένα μεταλλικό σύμπλεγμα.

Άλλοι όροι που σχετίζονται με την ατομική ακτίνα

Ακτίνα Van Der Waals

Μπορούμε να προσδιορίσουμε τις ακτίνες Van-der-Waals από τις αποστάσεις επαφής μεταξύ των ατόμων που δεν είναι συνδεδεμένα σε άτομα ή μόρια που αγγίζουν το ένα το άλλο.

Ακτίνα Μπορ

Το ατομικό μοντέλο του Bohr προέβλεψε την ακτίνα της τροχιάς του ηλεκτρονίου με τη χαμηλότερη ενέργεια. Αυτή η ακτίνα ισχύει μόνο για ιόντα και άτομα που έχουν ένα μόνο ηλεκτρόνιο. Για παράδειγμα, άτομα υδρογόνου. Αν και το μοντέλο του Bohr ενός ατόμου είναι πλέον ξεπερασμένο, η ακτίνα του ατόμου του υδρογόνου, όπως δήλωσε ο Bohr, εξακολουθεί να θεωρείται ουσιαστική φυσική σταθερά.

Περιοδικές τάσεις στις ατομικές ακτίνες

Καθώς ο αριθμός των ηλεκτρονικών κελυφών σε ένα άτομο αυξάνεται, όλο και μεγαλώνει. Επομένως, καθώς κινούμαστε προς τα κάτω σε μια συγκεκριμένη ομάδα στον περιοδικό πίνακα, η ακτίνα των ατόμων αυξάνεται συνεχώς. Άρα τα στοιχεία στο κάτω μέρος έχουν τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα. Ενώ μετακινείστε από αριστερά προς τα δεξιά για μια ορισμένη περίοδο, το ατομικό μέγεθος γενικά μειώνεται. Γενικά, η ακτίνα των ατόμων συνεχίζει να μειώνεται ενώ κινούμαστε σε μια περίοδο και συνεχίζει να αυξάνεται ενώ κινούμαστε προς τα κάτω σε μια ομάδα στον περιοδικό πίνακα. Επομένως, η μεγαλύτερη ατομική ακτίνα ανήκει στο Φράγκιο, ενώ η χαμηλότερη στο Ήλιο.

Τάσεις στον Περιοδικό Πίνακα

Πολλές τάσεις μπορούν να παρατηρηθούν στις φυσικές και χημικές ιδιότητες των στοιχείων ενώ μετακινούνται σε μια γραμμή ή μια στήλη ή μετακινούνται προς τα κάτω σε μια ομάδα στον σύγχρονο περιοδικό πίνακα. Ας υποθέσουμε ότι, ενώ κινείται προς τα κάτω μια ομάδα αμέταλλων, η αντιδραστικότητα των στοιχείων συνεχίζει να μειώνεται ενώ συνεχίζει να αυξάνεται ενώ κατεβαίνουμε μια ομάδα αντιπροσωπευτικών στοιχείων.

Συνδυάζοντας δύο άτομα, το ατομικό τους μέγεθος μπορεί να εκτιμηθεί προσδιορίζοντας την απόσταση μεταξύ των δύο ατόμων. Μια άλλη μέθοδος μέτρησης του ατομικού μεγέθους των μη μεταλλικών στοιχείων είναι ο σχηματισμός ενός μόνο ομοιοπολικού δεσμού σε δύο άτομα και στη συνέχεια η μέτρηση της απόστασης μεταξύ τους. Η προκύπτουσα ακτίνα του ατόμου του στοιχείου ονομάζεται ομοιοπολική ακτίνα. Στην περίπτωση των μεταλλικών στοιχείων, η ακτίνα ονομάζεται μεταλλική ακτίνα. Μπορεί να οριστεί ως το ήμισυ της απόστασης μεταξύ των πυρήνων δύο γειτονικών μεταλλικών ιόντων που συνδέονται με έναν μεταλλικό δεσμό.

Μπορούμε να μετρήσουμε την ατομική ακτίνα ενός ατόμου με ακτίνες Χ ή άλλες τεχνικές φασματοσκοπίας. Η διακύμανση της ατομικής ακτίνας στον περιοδικό πίνακα ακολουθεί ένα σταθερό σχέδιο. Αυτή η τάση μπορεί να εξηγηθεί λαμβάνοντας υπόψη το επίπεδο ενέργειας και το πυρηνικό φορτίο.

Γενικά, υπάρχει μείωση της ατομικής ακτίνας κατά τη μετακίνηση από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο, ενώ υπάρχει μια αύξηση στην ίδια κατά την κίνηση προς τα κάτω σε μια ομάδα. Αυτό οφείλεται στο γεγονός ότι τα ηλεκτρόνια σθένους στις περιόδους του στοιχείου είναι τα ίδια στο εξώτατο κέλυφος. Υπάρχει μια αύξηση του ατομικού αριθμού μέσα στην ίδια περίοδο που μετακινούμαστε από αριστερά προς τα δεξιά, λόγω της οποίας αυξάνεται το ενεργό πυρηνικό φορτίο. Η ατομική ακτίνα των στοιχείων μειώνεται λόγω της αύξησης των ελκτικών δυνάμεων. Άρα τα στοιχεία στα αριστερά έχουν τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα, ενώ εκείνα στα δεξιά τη μικρότερη ατομική ακτίνα.

Ο παρακάτω είναι ένας πίνακας που συνοψίζει τα κύρια φαινόμενα που επηρεάζουν την ατομική ακτίνα ενός στοιχείου:

Συντελεστής	Αρχή	Αύξηση με	Τείνε	Επίδραση στην ακτίνα
Πυρηνικό φορτίο	Μια ελκτική δύναμη που δρα λόγω των πρωτονίων σε έναν πυρήνα στα ηλεκτρόνια.	Ατομικός αριθμός	αύξηση κατά τη μετακίνηση από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο.	Η ατομική ακτίνα μειώνεται.
Κελύφη ηλεκτρονίων	Κβαντομηχανική.	Αζιμουθαίοι και κύριοι κβαντικοί αριθμοί.	Αύξηση όταν μετακινείτε προς τα κάτω μια στήλη.	Η ατομική ακτίνα μειώνεται.
Θωράκιση	Η απωστική δύναμη επηρεάζεται από τα εσωτερικά ηλεκτρόνια στα ηλεκτρόνια στο εξωτερικό περίβλημα.	Ο αριθμός των ηλεκτρονίων στα εσωτερικά κελύφη.	Μειώστε την επίδραση του πρώτου παράγοντα.	Η ατομική ακτίνα αυξάνεται.

Συστολή λανθανίδης

Στον περιοδικό πίνακα, τα στοιχεία που ακολουθούν αμέσως τις λανθανίδες έχουν τη μικρότερη ατομική ακτίνα. Οι ατομικές ακτίνες είναι σχεδόν παρόμοιες με αυτές των στοιχείων από πάνω τους. Επομένως, το λουτέτιο είναι μικρότερο από το ύττριο και η ατομική ακτίνα του τανταλίου είναι παρόμοια με την ατομική ακτίνα του νιοβίου του αφνίου και του ζιρκονίου είναι σχεδόν η ίδια. Αυτό το φαινόμενο ονομάζεται συστολή λανθανιδών και η επίδρασή του είναι αισθητή μέχρι την πλατίνα, μετά την οποία καλύπτεται από το φαινόμενο αδρανούς ζεύγους.

Συμπέρασμα

Η ατομική ακτίνα είναι μια σημαντική έννοια στη χημεία καθώς οι ιδιότητες των στοιχείων εξαρτώνται από αυτήν την έννοια. Ελπίζουμε ότι αυτό το άρθρο σας βοήθησε να αποκτήσετε μια βασική κατανόηση της ατομικής ακτίνας, των χαρακτηριστικών της και των τάσεων που ακολουθεί ενώ κινούμαστε προς τα πάνω ή προς τα κάτω στον περιοδικό πίνακα. Είναι ενδιαφέρον ότι η ατομική ακτίνα αυξάνεται ή μειώνεται όταν η δύναμη έλξης μεταξύ των πρωτονίων και των ηλεκτρονίων ποικίλλει.

Συχνές ερωτήσεις

Ε) Υπάρχει αύξηση της ατομικής ακτίνας σε μια περίοδο;

Α) Γενικά, το ατομικό μέγεθος μειώνεται καθώς μετακινούμαστε από αριστερά προς τα δεξιά σε μια περίοδο του περιοδικού πίνακα. Άρα τα στοιχεία στα αριστερά έχουν τη μεγαλύτερη ατομική ακτίνα, ενώ εκείνα στα δεξιά τη μικρότερη ατομική ακτίνα. Το μέγεθος του ατόμου συνεχίζει να μειώνεται σε μια περίοδο και να αυξάνεται σε μια ομάδα.

Ε) Γιατί δεν μπορούμε να μετρήσουμε απευθείας την ατομική ακτίνα;

Α) Δεν μπορούμε να μετρήσουμε απευθείας την ατομική ακτίνα επειδή η θέση των εξώτατων ηλεκτρονίων σε τροχιά είναι αβέβαιη.

Q) Ορίστε την ακτίνα Bohr.

Το μοντέλο Bohr ενός ατόμου προέβλεψε την ακτίνα της τροχιάς του ηλεκτρονίου με τη χαμηλότερη ενέργεια. Η ακτίνα Bohr ισχύει μόνο για ιόντα και άτομα με ένα μόνο ηλεκτρόνιο στο κέλυφός τους, όπως το άτομο υδρογόνου.