VOLUMUL ATOMIC: MODUL ÎN CARE VARIAZĂ ÎN TABELUL PERIODIC ȘI EXEMPLE - CHIMIE - 2025

Volumul atomic este o valoare relativă care indică relația dintre masa molară a unui element și densitatea acestuia. Deci, acest volum depinde de densitatea elementului, iar densitatea depinde la rândul ei de fază și de modul în care atomii sunt aranjați în el.

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

De ce? Pentru a înțelege, este necesar să comparăm atomii cu, de exemplu, marmura. Marmurile, la fel ca cele albăstrui din imaginea de mai sus, au o graniță materială foarte bine definită, care poate fi văzută datorită suprafeței lor strălucitoare. În schimb, granița atomilor este difuză, deși pot fi considerate la distanță sferice.

Astfel, ceea ce determină un punct dincolo de granița atomică este probabilitatea zero de a găsi un electron și acest punct poate fi mai departe sau mai aproape de nucleu, în funcție de cât de mulți atomi vecini interacționează în jurul atomului.

Volumul și raza atomică

A cei doi atomi interacționează molecula de H H în _doi , pozițiile centrelor lor sunt definite ca distanțele dintre acestea (distanțe internucleare). Dacă ambii atomi sunt sferici, raza este distanța dintre nucleu și limita brăzdată:

În imaginea de mai sus puteți vedea cum scade probabilitatea de a găsi un electron pe măsură ce se îndepărtează de nucleu. Divizând apoi distanța internucleară cu două, se obține raza atomică. În continuare, presupunând o geometrie sferică pentru atomi, formula este utilizată pentru a calcula volumul unei sfere:

V = (4/3) (Pi) r ³

In acest r expresie este raza atomică determinată pentru H ₂ molecula . Valoarea V calculată prin această metodă imprecisă poate schimba dacă, de exemplu, H ₂ este considerat în stare lichidă sau metalic. Totuși, această metodă este foarte inexactă, deoarece formele atomilor sunt foarte departe de sfera ideală în interacțiunile lor.

Pentru a determina volumele atomice în solide, sunt luate în considerare multe variabile referitoare la aranjament și care sunt obținute prin studii de difracție cu raze X.

Formula suplimentară

Masa molară exprimă cantitatea de materie care are o aluniță de atomi a unui element chimic.

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

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

Sau ceea ce este același:

(Masă molară) (1 / D) = V

(Masă molară / D) = V

Astfel, volumul unui mol de atomi al unui element poate fi ușor calculat; în timp ce formula volumică sferică calculează volumul unui atom individual. Pentru a ajunge la această valoare din prima, este necesară o conversie prin numărul 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 de mai sus, care prezintă elemente reprezentative, este ilustrat că de la dreapta la stânga atomii devin mai mici; în schimb, de sus în jos, acestea devin mai voluminoase.

Aceasta deoarece în aceeași perioadă nucleul încorporează protoni pe măsură ce se deplasează spre dreapta. Acești protoni exercită o forță atractivă asupra electronilor externi, care simt o sarcină nucleară eficientă Z _ef , mai mică decât sarcina nucleară reală Z.

Electronii învelișurilor interioare resping pe cele ale învelișului exterior, reducând efectul nucleului asupra lor; acesta este cunoscut sub numele de efect de ecran. În aceeași perioadă, efectul ecranului nu poate contracara creșterea numărului de protoni, astfel încât electronii din carcasa interioară nu împiedică contractarea atomilor.

Totuși, coborârea într-un grup permite noi niveluri de energie, care permit electronilor să orbiteze mai departe de nucleu. De asemenea, numărul de electroni din carcasa interioară crește, efectele de ecranare încep să fie diminuate dacă nucleul adaugă din nou protoni.

Din aceste motive, se apreciază că grupa 1A are cei mai voluminoși atomi, spre deosebire de atomii mici din grupa 8A (sau 18), cea a gazelor nobile.

Volumele atomice de metale de tranziție

Atomii metalelor de tranziție încorporează electroni în orbitalii d interiori. Această creștere a efectului ecranului, precum și a încărcării nucleare reale Z, anulează aproape în mod egal, astfel încât atomii lor să păstreze dimensiuni similare în aceeași perioadă.

Cu alte cuvinte: într-o singură perioadă, metalele de tranziție prezintă volume atomice similare. Cu toate acestea, aceste mici diferențe sunt enorm de importante atunci când se definesc cristale 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 sale corespunzătoare.

Exemplul 1

Având în vedere raza atomică de hidrogen -37 pm (1 picometru = 10 ^-12 m) - și cesiu -265 pm-, calculați volumele lor atomice.

Folosind formula volumului sferic, avem:

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

Cu toate acestea, aceste volume exprimate în picometre sunt exorbitante, deci sunt transformate în unități de angstromi, înmulțindu-le cu factorul de conversie (1Å / 100pm) ³ :

(212.07 pm ³ ) (1Å / 100pm ) ³ = 2.1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297.67 pm ³ ) (1Å / 100pm ) ³ = 77.912 Å ³

Astfel, diferențele de dimensiune între atomul H mic și atomul Cs voluminoase sunt evidențiate numeric. Trebuie menționat că aceste calcule sunt doar aproximări sub afirmația că un atom este total sferic, care rătăcește în fața realității.

Exemplul 2

Densitatea aurului pur este de 19,32 g / ml și masa sa molară este de 196,97 g / mol. Aplicând formula M / D pentru a calcula volumul unui mol de atomi de aur, se obțin următoarele:

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

Adică 1 mol de atomi de aur ocupă 10,19 ml, dar ce volum ocupă în mod specific un atom de aur? Și cum să o exprim în unități de pm ³ ? Pentru aceasta, 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 ^-12 m) ³ = 16,92 · 10 ⁶ pm ³

Pe de altă parte, raza atomică de aur este 166 pm. Dacă sunt comparate ambele volume - cel obținut prin metoda anterioară și cel calculat cu formula volumului sferic - se va constata că acestea nu au aceeași valoare:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 pm) ³ = 19.15 · 10 ⁶ pm ³

Care dintre cele două este cea mai apropiată de valoarea acceptată? Cea care este cea mai apropiată de rezultatele experimentale obținute prin difracția cu raze X a structurii cristalului de aur.

Referințe

1. Helmenstine, Anne Marie, doctorat. (9 decembrie 2017). Definiția volumului atomic. Preluat pe 6 iunie 2018, de pe: thinkco.com
2. Mayfair, Andrew. (13 martie 2018). Cum se calculează volumul unui atom. Sciencing. Preluat pe 6 iunie 2018, de la: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Curbe de volum atomice Lothar Meyer. Preluat pe 6 iunie 2018, de pe: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Tendințe periodice: Radius atomic. Preluat pe 6 iunie 2018, de pe: courses.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Volumul și densitatea atomică. Preluat pe 6 iunie 2018, de pe: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck și Stanley. Chimie. (Ediția a VIII-a). CENGAGE Learning, p 222-224.
7. Fundația CK-12. (22 februarie 2010). Mărimi atomice comparative. . Preluat pe 06 iunie 2018, de la: commons.wikimedia.org
8. Fundația CK-12. (22 februarie 2010). Raza atomică de H ₂ . . Preluat pe 06 iunie 2018, de la: commons.wikimedia.org