Atomvolum: Hvordan varierer det i periodisk tabell og eksempler
Atomvolumet er en relativ verdi som indikerer forholdet mellom en masses molare masse og dens tetthet. Da avhenger dette volumet av elementets tetthet, og tettheten avhenger i sin tur av fasen og på hvordan atomene er ordnet i den.
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 motsetning 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 som påvirker atomet under vurdering.
Atomvolum og radius
Ved interaksjon av to H-atomer i H2-molekylet, defineres posisjonene til deres kjerner 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 er atomradiusen bestemt for H2-molekylet. Verdien av V beregnet ved denne upresise metoden kan endres hvis for eksempel H 2 ble ansett å være 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; På den annen side blir de mer voluminøse fra topp til bunn.
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 Z ef, mindre enn den faktiske atomladningen 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 atomene.
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), 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 av den virkelige nukleare ladningen Z, avbrytes nesten like, slik at atomerene deres beholder samme 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 sine tilsvarende eksempler.
Eksempel 1
Gitt atomradiusen av hydrogen -37 pm (1 picometer = 10-12m) - og cesium -265 pm-, beregne dens atomvolum.
Ved å bruke formelen for sfærisk volum, har vi da:
V H = (4/3) (3, 14) (37 pm) 3 = 212, 07 pm3
V Cs = (4/3) (3, 14) (265 pm) 3 = 77912297, 67 pm3
Imidlertid er de volumene uttrykt i pyrometre ublu, slik at de omdannes til angstringsenheter, multipliserer dem med konverteringsfaktoren (1Å / 100 pm) 3:
(212, 07 pm3) (1Å / 100 pm) 3 = 2, 1207 × 10-4 Å3
(77912297.67 pm3) (1Å / 100pm) 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 påstanden 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:
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 utgjør et gullatom spesielt? Og hvordan uttrykkes det i enheter av 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:
V Au = (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 krystallstrukturen av gull.
