ATOMOVÝ SVAZEK: JAK SE LIŠÍ V PERIODICKÉ TABULCE A PŘÍKLADECH - CHEMIE - 2025

Atomová objem je relativní hodnota, udávající vztah mezi molekulovou hmotností prvku a jeho hustoty. Tento objem tedy závisí na hustotě prvku a hustota závisí na fázi a na tom, jak jsou atomy v něm uspořádány.

Atomový objem prvku Z tedy není stejný ve fázi jiné, než je fáze, kterou vykazuje při pokojové teplotě (kapalina, pevná látka nebo plynná látka), nebo když je součástí určitých sloučenin. Atomový objem Z ve sloučenině ZA je tedy odlišný od atomu Z ve sloučenině ZB.

Proč? Abychom tomu porozuměli, je nutné porovnat atomy například s kuličkami. Kuličky, stejně jako namodralé na obrázku výše, mají velmi dobře definovanou materiálovou hranici, kterou lze vidět díky jejich lesklému povrchu. Na rozdíl od toho, hranice atomů je rozptýlená, ačkoli oni mohou být považováni za vzdáleně kulovitý.

To, co určuje bod za atomovou hranicí, je nulová pravděpodobnost nalezení elektronu a tento bod může být dále nebo blíže k jádru v závislosti na tom, kolik sousedních atomů interaguje kolem uvažovaného atomu.

Atomový objem a poloměr

A dva atomy interagují HH molekulu ve _dvou, polohy jejich center jsou definovány jako vzdálenosti mezi nimi (internuclear distance). Pokud jsou oba atomy kulové, poloměr je vzdálenost mezi jádrem a fuzzy hranicí:

Na obrázku nahoře vidíte, jak se snižuje pravděpodobnost nalezení elektronu, jak se pohybuje od jádra. Potom vydělením internuclearové vzdálenosti dvěma získáme atomový poloměr. Dále, za předpokladu sférické geometrie atomů, se vzorec použije pro výpočet objemu koule:

V = (4/3) (Pi) r ³

V tomto výrazu r je poloměr atomu určen pro H ₂ molekuly. Hodnota V takto vypočtená nepřesnosti se mohou změnit, pokud je například H ₂ je považován za v kapalném nebo kovovém stavu. Tato metoda je však velmi nepřesná, protože tvary atomů jsou ve svých interakcích velmi vzdálené od ideální koule.

Pro stanovení atomových objemů v pevných látkách se vezme v úvahu mnoho proměnných týkajících se uspořádání, které se získají rentgenovými difrakčními studiemi.

Další vzorec

Molární hmotnost vyjadřuje množství hmoty, která má krtka atomů chemického prvku.

Její jednotky jsou g / mol. Na druhé straně hustota je objem, který zabírá gram prvku: g / ml. Protože jednotky atomového objemu jsou ml / mol, musíme hrát s proměnnými, abychom dosáhli požadovaných jednotek:

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

Nebo co je stejné:

(Molární hmotnost) (1 / D) = V

(Molární hmotnost / D) = V

Objem jednoho molu atomů prvku lze tedy snadno spočítat; zatímco vzorec sférického objemu vypočítává objem jednotlivého atomu. Abychom dosáhli této hodnoty od první, je třeba provést převod pomocí čísla Avogadra (6,02 · 10 ^-23).

Jak se atomový objem mění v periodické tabulce?

Pokud jsou atomy považovány za sférické, bude jejich variace stejná jako u atomových poloměrů. Na obrázku výše, který ukazuje reprezentativní prvky, je znázorněno, že zprava doleva se atomy zmenšují; místo toho se shora dolů stávají objemnějšími.

Je to proto, že ve stejném období jádro začleňuje protony, když se pohybuje doprava. Tyto protony vyvíjejí atraktivní sílu na vnější elektrony, které pociťují efektivní jaderný náboj Z _ef, menší než skutečný jaderný náboj Z.

Elektrony vnitřních obalů odpuzují ty z vnějšího pláště a snižují na ně účinek jádra; toto je známé jako efekt obrazovky. Ve stejném období nemůže efekt obrazovky působit proti nárůstu počtu protonů, takže elektrony ve vnitřním obalu nebrání atomům v kontrakci.

Sestup do skupiny však umožňuje nové energetické úrovně, které umožňují elektronům obíhat dále od jádra. Podobně se zvyšuje počet elektronů ve vnitřním obalu, jejichž stínící účinky se začínají snižovat, pokud jádro znovu přidá protony.

Z těchto důvodů se oceňuje, že skupina 1A má na rozdíl od malých atomů skupiny 8A (nebo 18) nejvíce objemných atomů ušlechtilých plynů.

Atomové objemy přechodných kovů

Atomy přechodného kovu začleňují elektrony do vnitřních orbitálů. Toto zvýšení efektu stínění a stejně jako ve skutečném jaderném náboji Z se téměř stejně zruší, takže jejich atomy si ve stejné době zachovají podobnou velikost.

Jinými slovy: v jednom období vykazují přechodné kovy podobné atomové objemy. Tyto malé rozdíly jsou však nesmírně významné při definování kovových krystalů (jako by to byly kovové kuličky).

Příklady

K výpočtu atomového objemu prvku jsou k dispozici dva matematické vzorce, každý s odpovídajícími příklady.

Příklad 1

S ohledem na atomový poloměr vodíku -37 pm (1 pikometr = 10 - ¹² m) - a cesium-265 pm-, vypočítejte jejich atomové objemy.

Pomocí vzorce sférického objemu máme pak:

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

Tyto objemy vyjádřené v picometrech jsou však přemrštěné, takže se transformují na jednotky angstromů a násobí je konverzním faktorem (1 Á / 100pm) ³:

(212,07 pm ³) (1 A / 100 pM), ³ = 2,1207 x 10 ^-4 Á ³

(77912297,67 pm ³) (1 A / 100pm) ³ = 77,912 Á ³

Takto jsou numericky prokázány rozdíly ve velikosti mezi malým atomem H a objemným atomem Cs. Je třeba mít na paměti, že tyto výpočty jsou pouze přibližnými údaji za předpokladu, že atom je zcela sférický, který putuje před realitou.

Příklad 2

Hustota čistého zlata je 19,32 g / ml a jeho molární hmotnost je 196,97 g / mol. Použitím vzorce M / D pro výpočet objemu jednoho molu atomů zlata se získá:

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

To znamená, že 1 mol atomů zlata zabírá 10,19 ml, ale jaký objem konkrétně zabírá atom zlata? A jak to vyjádřit v jednotkách pm ³ ? K tomu jednoduše použijte následující konverzní faktory:

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

Na druhé straně atomový poloměr zlata je 166 pm. Porovnáním obou objemů - objemu získaného předchozí metodou a výpočtu vypočítaného pomocí vzorce sférického objemu - se zjistí, že nemají stejnou hodnotu:

V _Au = (4/3) (3,14) (166 pm) ³ = 19,15 * 10 ⁶ hod ³

Která z nich je nejblíže přijatelné hodnotě? Ten, který je nejblíže experimentálním výsledkům získaným rentgenovou difrakcí krystalové struktury zlata.

Reference

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9. prosince 2017). Atomic Volume Definition. Citováno z 6. června 2018, z: thinkco.com
2. Mayfair, Andrew. (13. března 2018). Jak vypočítat objem atomu. Sciencing. Citováno z 6. června 2018, z: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer Atomic Volume Curves. Citováno z 6. června 2018, z: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Periodické trendy: Atomový poloměr. Citováno z 6. června 2018, z: courses.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Atomový objem a hustota. Citováno z 6. června 2018, z: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck a Stanley. Chemie. (8. ed.). CENGAGE Learning, s. 222-224.
7. Nadace CK-12. (22. února 2010). Srovnávací atomové velikosti.. Citováno z 6. června 2018, z: commons.wikimedia.org
8. Nadace CK-12. (22. února 2010). Poloměr atomu H ₂.. Citováno z 6. června 2018, z: commons.wikimedia.org