BÁN KÍNH NGUYÊN TỬ: CÁCH NÓ ĐƯỢC ĐO, CÁCH NÓ THAY ĐỔI VÀ VÍ DỤ - HÓA HỌC - 2026

Các bán kính nguyên tử là một tham số quan trọng đối với các tài sản định kỳ của các yếu tố của bảng tuần hoàn. Nó liên quan trực tiếp đến kích thước của các nguyên tử, vì bán kính càng lớn thì chúng càng lớn hoặc càng lớn. Tương tự như vậy, nó liên quan đến các đặc tính điện tử của chúng.

Nguyên tử càng có nhiều electron thì kích thước và bán kính nguyên tử của nó càng lớn. Cả hai đều được xác định bởi các electron của lớp vỏ hóa trị, bởi vì ở khoảng cách xa hơn quỹ đạo của chúng, xác suất tìm thấy một electron bằng không. Điều ngược lại xảy ra ở vùng lân cận của hạt nhân: xác suất tìm thấy một electron tăng lên.

Nguồn: Pexels

Hình trên đại diện cho một gói bông gòn. Lưu ý rằng mỗi hàng được bao quanh bởi sáu hàng xóm, không tính hàng trên hoặc hàng dưới có thể có khác. Các quả bóng bông được nén chặt như thế nào sẽ xác định kích thước và do đó là bán kính của chúng; cũng như với nguyên tử.

Các nguyên tố theo bản chất hóa học của chúng tương tác với nguyên tử của chúng theo cách này hay cách khác. Do đó, độ lớn của bán kính nguyên tử thay đổi tùy theo loại liên kết hiện có và sự đóng gói vững chắc của các nguyên tử của nó.

Bán kính nguyên tử được đo như thế nào?

Nguồn: Gabriel Bolívar

Trong hình ảnh chính, có thể dễ dàng đo đường kính của các viên bông, sau đó chia đôi. Tuy nhiên, hình cầu của một nguyên tử không được xác định đầy đủ. Tại sao? Bởi vì các electron luân chuyển và khuếch tán trong các vùng cụ thể của không gian: các obitan.

Do đó, nguyên tử có thể được coi là một hình cầu với các cạnh không thể xuyên thủng, mà không thể nói chắc chúng kết thúc bao xa. Ví dụ, trong hình trên, vùng trung tâm, gần hạt nhân, hiển thị màu sắc đậm hơn, trong khi các cạnh của nó bị mờ.

Hình ảnh đại diện cho một phân tử E ₂ diatomic (chẳng hạn như Cl ₂ , H ₂ , O ₂ , v.v.). Giả sử các nguyên tử là những vật thể hình cầu, nếu xác định được khoảng cách d ngăn cách cả hai hạt nhân trong liên kết cộng hóa trị thì chỉ cần chia nó thành hai nửa là đủ (d / 2) để thu được bán kính nguyên tử; chính xác hơn là bán kính cộng hóa trị của E đối với E ₂ .

Điều gì sẽ xảy ra nếu E không tạo liên kết cộng hóa trị với chính nó mà thay vào đó là một nguyên tố kim loại? Khi đó d sẽ được biểu thị bằng số lân cận bao quanh E trong cấu trúc kim loại của nó; nghĩa là, bằng số phối trí (NC) của nguyên tử trong bao bì (hãy nhớ các quả bóng bông trong hình ảnh chính).

Xác định khoảng cách giữa các hạt nhân

Để xác định d, là khoảng cách giữa các hạt nhân đối với hai nguyên tử trong phân tử hoặc bao bì, cần có kỹ thuật phân tích vật lý.

Một trong những cách được sử dụng rộng rãi nhất là nhiễu xạ tia X. Trong đó, một chùm ánh sáng được chiếu xạ qua một tinh thể và hình ảnh nhiễu xạ do tương tác giữa các electron và bức xạ điện từ được nghiên cứu. Tùy thuộc vào cách đóng gói, có thể thu được các dạng nhiễu xạ khác nhau và do đó các giá trị khác của d.

Nếu các nguyên tử "chặt chẽ" trong mạng tinh thể, chúng sẽ thể hiện các giá trị d khác với giá trị của chúng nếu chúng "thoải mái". Ngoài ra, các khoảng cách giữa các hạt nhân này có thể dao động theo các giá trị, do đó bán kính nguyên tử thực sự là giá trị trung bình của các phép đo như vậy.

Bán kính nguyên tử và số phối trí có quan hệ với nhau như thế nào? V. Goldschmidt đã thiết lập mối quan hệ giữa hai yếu tố này, trong đó đối với NC là 12, giá trị tương đối là 1; 0,97 cho một đóng gói trong đó nguyên tử có NC bằng 8; 0,96, cho một NC bằng 6; và 0,88 cho NC là 4.

Các đơn vị

Bắt đầu với các giá trị của NC bằng 12, nhiều bảng đã được xây dựng để so sánh bán kính nguyên tử của tất cả các nguyên tố trong bảng tuần hoàn.

Vì không phải tất cả các nguyên tố đều tạo thành cấu trúc nhỏ gọn như vậy (NC nhỏ hơn 12), quan hệ V. Goldschmidt được sử dụng để tính bán kính nguyên tử của chúng và biểu thị chúng cho cùng một cách đóng gói. Bằng cách này, các phép đo bán kính nguyên tử được chuẩn hóa.

Nhưng chúng được thể hiện ở những đơn vị nào? Vì d có độ lớn rất nhỏ, nên người ta phải dùng đến đơn vị là angstrom Å ( ^{10-10 -10} m) hoặc cũng được sử dụng rộng rãi, máy đo pic (10 ∙ 10 ^-12 m).

Nó thay đổi như thế nào trong bảng tuần hoàn?

Trong khoảng thời gian

Bán kính nguyên tử được xác định cho các nguyên tố kim loại được gọi là bán kính kim loại, còn đối với các nguyên tố phi kim loại là bán kính cộng hóa trị (chẳng hạn như phốt pho, P ₄ hoặc lưu huỳnh, S ₈ ). Tuy nhiên, giữa hai loại nan hoa có sự phân biệt nổi bật hơn cả đó là tên gọi.

Từ trái sang phải trong cùng một chu kỳ, hạt nhân thêm proton và electron, nhưng các hạt nhân sau bị giới hạn ở cùng một mức năng lượng (số lượng tử chính). Kết quả là, hạt nhân tác dụng điện tích hạt nhân hiệu dụng tăng dần lên các electron hóa trị, làm co bán kính nguyên tử.

Theo cách này, các nguyên tố phi kim cùng chu kỳ có xu hướng có bán kính nguyên tử (cộng hóa trị) nhỏ hơn kim loại (bán kính kim loại).

Giảm dần thông qua một nhóm

Khi bạn đi qua một nhóm, các mức năng lượng mới được kích hoạt, cho phép các electron có nhiều không gian hơn. Do đó, đám mây điện tử bao phủ những khoảng cách lớn hơn, phần ngoại vi mờ của nó cuối cùng di chuyển ra xa hạt nhân hơn, và do đó, bán kính nguyên tử mở rộng.

Lanthanide co lại

Các electron ở lớp vỏ bên trong giúp che chắn điện tích hạt nhân hiệu quả trên các electron hóa trị. Khi các obitan tạo nên các lớp vỏ bên trong có nhiều "lỗ" (nút), như xảy ra với các obitan f, hạt nhân sẽ co lại mạnh bán kính nguyên tử do tác dụng che chắn kém của chúng.

Thực tế này được chứng minh trong sự co lại của lantan ở chu kỳ 6 của bảng tuần hoàn. Từ La đến H nếu có sự co lại đáng kể của bán kính nguyên tử là kết quả của các obitan f, chúng "lấp đầy" khi khối f đi ngang qua: của các lanthanoids và actinoids.

Một hiệu ứng tương tự cũng có thể được quan sát thấy với các phần tử của khối pa từ thời kỳ 4. Lần này, do tác dụng che chắn yếu của các obitan d lấp đầy khi đi qua các thời kỳ kim loại chuyển tiếp.

Ví dụ

Đối với chu kỳ 2 của bảng tuần hoàn, bán kính nguyên tử của các nguyên tố của nó là:

-Li: 257 giờ chiều

-Be: 112 giờ tối

-B: 88 giờ tối

-C: 77 giờ tối

-N: 74 giờ chiều

-O: 66 giờ tối

-F: 64 giờ tối

Lưu ý rằng kim loại liti có bán kính nguyên tử lớn nhất (257 pm), trong khi flo, nằm ở cực bên phải của chu kỳ, là nhỏ nhất trong số chúng (64 pm). Bán kính nguyên tử giảm dần từ trái sang phải trong cùng một chu kỳ, và các giá trị được liệt kê chứng minh điều đó.

Liti, khi tạo liên kết kim loại, bán kính của nó là kim loại; và flo, vì nó tạo thành liên kết cộng hóa trị (FF), bán kính của nó là cộng hóa trị.

Nếu bạn muốn biểu diễn bán kính nguyên tử theo đơn vị angstrom thì sao? Chỉ cần chia chúng cho 100: (257/100) = 2,57Å. Và tiếp tục như vậy với các giá trị còn lại.

Người giới thiệu

1. Hóa học 301. Bán kính nguyên tử. Được khôi phục từ: ch301.cm.utexas.edu
2. Cơ sở CK-12. (2016, ngày 28 tháng 6). Bán kính nguyên tử. Được khôi phục từ: chem.libretexts.org
3. Xu hướng trong bán kính nguyên tử. Lấy từ: intro.chem.okstate.edu
4. Cao đẳng cộng đồng Clackamas. (Năm 2002). Kích thước nguyên tử. Được khôi phục từ: dl.clackamas.edu
5. Clark J. (tháng 8 năm 2012). Bán kính nguyên tử và ion. Được khôi phục từ: chemguide.co.uk
6. Rùng mình & Atkins. (2008). Hóa học vô cơ. (Tái bản lần thứ tư., Tr. 23, 24, 80, 169). Đồi Mc Graw.