Volumul atomic Cum variază în tabelul și exemplele periodice



volum atomic este o valoare relativă care indică relația dintre masa molară a unui element și densitatea acestuia. Apoi, acest volum depinde de densitatea elementului, iar densitatea depinde în schimb de faza și de modul în care sunt aranjate atomii din interiorul acestuia.

Astfel, volumul atomic pentru un element Z nu este același într-o altă fază diferită de cea care se manifestă la temperatura camerei (lichid, solid sau gaz) sau când face parte din anumiți compuși. Astfel, volumul atomic al Z în compusul ZA este diferit de cel al Z în compusul ZB.

De ce? Pentru ao înțelege, este necesar să comparăm atomii cu, de exemplu, cu marmură. Marmura, ca și cele albastre ale imaginii superioare, și-a definit foarte bine granița materială, observată datorită suprafeței sale strălucite. Dimpotrivă, limita atomilor este difuză, deși poate fi considerată îndepărtată din punct de vedere sferic.

Astfel, ceea ce determină un punct dincolo de limita atomică este probabilitatea nulă de a găsi un electron și acest punct poate fi mai departe sau mai aproape de nucleu în funcție de numărul de atomi învecinați care interacționează în jurul atomului examinat.

index

  • 1 Volum atomic și radio
  • 2 Formula suplimentară
  • 3 Cum variază volumul atomic în tabelul periodic?
    • 3.1 Volumul atomic al metalelor de tranziție
  • 4 Exemple
    • 4.1 Exemplul 1
    • 4.2 Exemplul 2
  • 5 Referințe

Volumul și raza atomică

Prin interacțiunea a doi atomi de H în molecula H2, se stabilesc pozitiile nucleelor ​​lor, precum si distantele dintre ele (distante internucleare). Dacă ambii atomi sunt sferici, raza este distanța dintre nucleu și limita difuză:

În imaginea superioară se poate vedea cum probabilitatea de a găsi un electron scade atunci când se îndepărtează de nucleu. Împărțind distanța internucleară între două, se obține raza atomică. Apoi, presupunând o geometrie sferică pentru atomi, vom folosi formula pentru a calcula volumul unei sfere:

V = (4/3) (Pi) r3

În această expresie r este raza atomică determinată pentru molecula H2. Valoarea V calculată prin această metodă inexactă se poate schimba dacă, de exemplu, s-a considerat H2 în stare lichidă sau metalică. Cu toate acestea, această metodă este foarte inexactă deoarece formele atomilor sunt departe de sfera ideală în interacțiunile lor.

Pentru a determina volumele atomice din solide, sunt luate în considerare multe variabile privind aranjamentul și sunt obținute prin studii de difracție cu raze X.

Formula suplimentară

Masa molară exprimă cantitatea de materie care are un mol de atomi dintr-un element chimic.

Unitățile sale sunt g / mol. Pe de altă parte, densitatea este volumul care ocupă un gram al elementului: g / mL. Deoarece unitățile volumului atomic sunt în ml / mol, trebuie să jucați cu variabilele pentru a ajunge la unitățile dorite:

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

Sau ce este același:

(Masa molară) (1 / D) = V

(Masa molară / D) = V

Astfel, volumul unui mol de atomi dintr-un element poate fi ușor calculat; în timp ce cu formula volumului sferic se calculează volumul unui atom individual. Pentru a ajunge la această valoare de la prima, este necesară o conversie prin numărul lui Avogadro (6.02 · 10).-23).

Cum variază volumul atomic în tabelul periodic?

Dacă atomii sunt considerați sferici, atunci variația lor va fi aceeași cu cea observată în razele atomice. În imaginea superioară, care prezintă elementele reprezentative, se ilustrează faptul că de la dreapta la stânga atomii sunt pitici; pe de altă parte, de sus în jos devin mai voluminoase.

Acest lucru se datorează faptului că, în aceeași perioadă, nucleul încorporează protoni în timp ce se mișcă spre dreapta. Acești protoni exercită o forță atractivă asupra electronilor externi, care simt o sarcină nucleară eficientă Zeff, mai mică decât încărcătura nucleară reală Z.

Electronii straturilor interioare resping cele ale stratului exterior, diminuând efectul nucleului asupra acestora; Acest lucru este cunoscut sub numele de efect de ecran. În aceeași perioadă, efectul ecranului nu reușește să contracareze creșterea numărului de protoni, astfel încât electronii stratului interior nu împiedică contracția atomilor.

Cu toate acestea, atunci când coborâți într-un grup, sunt activate noi niveluri de energie, care permit electronilor să orbiteze mai departe de nucleu. De asemenea, numărul de electroni din stratul interior crește, ale cărui efecte de ecranare încep să fie diminuate dacă nucleul adaugă din nou protoni.

Din aceste motive, se poate observa că grupul 1A are atomii cei mai voluminoși, spre deosebire de atomii mici din grupa 8A (sau 18), de gazele nobile.

Volumele atomice ale metalelor de tranziție

Atomii metalelor de tranziție încorporează electroni în orbitele interne d.Această creștere a efectului ecranului și, ca și a încărcăturii nucleare reale Z, anulează aproape în mod egal, astfel încât atomii lor să păstreze aceeași dimensiune în aceeași perioadă.

Cu alte cuvinte: într-o perioadă, metalele de tranziție prezintă volume atomice similare. Cu toate acestea, aceste diferențe mici sunt enorme semnificative atunci când se definesc cristalele metalice (ca și cum ar fi marmură metalică).

Exemple

Două formule matematice sunt disponibile pentru a calcula volumul atomic al unui element, fiecare cu exemplele corespunzătoare.

Exemplul 1

Având în vedere raza atomică a hidrogenului - 37 pm (1 picometru = 10-12m) - și cesiu -265 pm-, calculează volumele sale atomice.

Folosind formula volumului sferic, avem:

VH= (4/3) (3,14) (37 pm)3= 212,07 pm3

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

Totuși, acele volume exprimate în picometre sunt exorbitante, astfel încât ele sunt transformate în unități de angstromuri, multiplicându-le cu factorul de conversie (1A / 100pm)3:

(212,07 pm3) (1A / 100pm)3= 2,1207×10-4 Å3

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

Astfel, diferențele de mărime între atomul mic de H și atomul voluminos al Cs rămân numeric evidente. Este necesar să se țină seama de faptul că aceste calcule sunt doar aproximări sub pretenția că un atom este total sferic, care se rătăcește în fața realității.

Exemplul 2

Densitatea aurului pur este de 19,32 g / ml, iar masa molară este de 196,97 g / mol. Aplicarea formulei M / D pentru a calcula volumul unui mol de atomi de aur are următoarele:

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

Asta inseamna ca 1 mol de atomi de aur ocupa 10,19 mL, dar ce volum ocupa in mod specific un atom de aur? Și cum se exprimă în unități de pm3? Pentru aceasta pur și simplu aplicați pur și simplu următorii factori de conversie:

(10,19 ml / mol); (mol / 6,02.10)-23 atomi); (1 m / 100 cm)3· (1 pm / 10-12m)3= 16,92 ·106 pm3

Pe de altă parte, raza atomică a aurului este de 166 pm. Dacă comparăți ambele volume - cel obținut prin metoda precedentă și cel calculat cu formula de volum sferic - veți observa că acestea nu au aceeași valoare:

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

Care dintre cele două este cea mai apropiată de valoarea acceptată? Cel care este cel mai apropiat de rezultatele experimentale obținute prin difracția cu raze X a structurii cristaline a aurului.

referințe

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 decembrie 2017). Definirea volumului atomic. Adus pe 6 iunie 2018, de la: thoughtco.com
  2. Mayfair, Andrew. (13 martie 2018). Cum se calculează volumul unui atom. sciencing. Adus pe 6 iunie 2018 de la: sciencing.com
  3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lotriar Meyer Curbele volumului atomic. Adus pe 6 iunie 2018, de la: wonderwhizkids.com
  4. Lumen. Tendințe periodice: Radiusul atomic. Adus la 06 iunie 2018, de la: courses.lumenlearning.com
  5. Camilo J. Derpich. Volumul și densitatea atomică. Adus pe 6 iunie 2018 de la: es-puraquimica.weebly.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie. (Ediția a 8-a). CENGAGE Learning, p. 222-224.
  7. Fundația CK-12. (22 februarie 2010). Dimensiuni atomice comparabile. [Figura]. Descărcat la 6 iunie 2018 de la: commons.wikimedia.org
  8. Fundația CK-12. (22 februarie 2010). Raza atomică a lui H2. [Figura]. Descărcat la 6 iunie 2018 de la: commons.wikimedia.org