Atomvolumen, wie es im Periodensystem und den Beispielen variiert



Die Atomvolumen ist ein relativer Wert, der die Beziehung zwischen der Molmasse eines Elements und seiner Dichte angibt. Dann hängt dieses Volumen von der Dichte des Elements ab, und die Dichte hängt wiederum von der Phase und davon ab, wie die Atome darin angeordnet sind.

Daher ist das Atomvolumen für ein Z-Element nicht das gleiche in einer anderen Phase, die sich von der unterscheidet, die bei Raumtemperatur (flüssig, fest oder gasförmig) auftritt, oder wenn es Teil bestimmter Verbindungen ist. Somit unterscheidet sich das Atomvolumen von Z in Verbindung ZA von dem von Z in Verbindung ZB.

Warum? Um es zu verstehen, ist es notwendig, Atome mit beispielsweise Murmeln zu vergleichen. Die Murmeln haben, wie die Bläulichen des überlegenen Bildes, ihre materielle Grenze sehr gut definiert, die dank ihrer glänzenden Oberfläche beobachtet wird. Im Gegensatz dazu ist die Grenze der Atome diffus, obwohl sie als entfernt kugelförmig betrachtet werden können.

Was also einen Punkt jenseits der atomaren Grenze bestimmt, ist die Nullwahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, und dieser Punkt kann weiter oder näher am Kern liegen, je nachdem wie viele benachbarte Atome um das betrachtete Atom herum wechselwirken.

Index

  • 1 Atomvolumen und Radio
  • 2 Zusätzliche Formel
  • 3 Wie variiert das Atomvolumen im Periodensystem?
    • 3.1 Atomare Volumen von Übergangsmetallen
  • 4 Beispiele
    • 4.1 Beispiel 1
    • 4.2 Beispiel 2
  • 5 Referenzen

Atomvolumen und Radius

Durch Wechselwirkung zweier H-Atome im H-Molekül2die Positionen ihrer Kerne sind ebenso definiert wie die Abstände zwischen ihnen (innere Abstände). Wenn beide Atome sphärisch sind, ist der Radius der Abstand zwischen dem Kern und der diffusen Grenze:

Im oberen Bild ist zu sehen, wie die Wahrscheinlichkeit, ein Elektron zu finden, abnimmt, wenn es sich vom Kern wegbewegt. Durch Teilung des Kernabstandes zwischen zwei wird der Atomradius erhalten. Als nächstes nehmen wir eine sphärische Geometrie für Atome an und verwenden die Formel, um das Volumen einer Kugel zu berechnen:

V = (4/3) (Pi) r3

In diesem Ausdruck ist r der Atomradius, der für das H-Molekül bestimmt ist2. Der durch diese ungenaue Methode berechnete Wert von V kann sich ändern, wenn er beispielsweise als H betrachtet wurde2 in flüssigem oder metallischem Zustand. Diese Methode ist jedoch sehr ungenau, da die Formen der Atome in ihren Wechselwirkungen weit von der idealen Kugel entfernt sind.

Um die Atomvolumina in den Festkörpern zu bestimmen, werden viele Variablen bezüglich der Anordnung berücksichtigt, und diese werden durch Röntgenbeugungsuntersuchungen erhalten.

Zusätzliche Formel

Die Molmasse drückt die Menge an Materie aus, die ein Mol Atome eines chemischen Elements aufweist.

Seine Einheiten sind g / mol. Auf der anderen Seite ist die Dichte das Volumen, das ein Gramm des Elements einnimmt: g / ml. Da die Einheiten des Atomvolumens mL / mol sind, müssen Sie mit den Variablen spielen, um die gewünschten Einheiten zu erreichen:

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

Oder was ist das Gleiche:

(Molare Masse) (1 / D) = V

(Molare Masse / D) = V

So kann das Volumen von einem Mol Atome eines Elements leicht berechnet werden; während mit der Formel des kugelförmigen Volumens das Volumen eines einzelnen Atoms berechnet wird. Um diesen Wert von Anfang an zu erreichen, ist eine Umrechnung über die Avogadro-Nummer (6.02 · 10) erforderlich.-23).

Wie variiert das Atomvolumen im Periodensystem?

Wenn Atome als sphärisch betrachtet werden, ist ihre Variation die gleiche wie in Atomradien. Im oberen Bild, das die repräsentativen Elemente zeigt, ist dargestellt, dass die Atome von rechts nach links zwergenförmig sind; Auf der anderen Seite werden sie von oben nach unten voluminöser.

Dies liegt daran, dass der Kern in derselben Periode Protonen enthält, wenn er sich nach rechts bewegt. Diese Protonen üben eine anziehende Kraft auf die äußeren Elektronen aus, die eine effektive Kernladung Z fühlenef, niedriger als die tatsächliche Kernladung Z.

Die Elektronen der inneren Schichten stoßen jene der äußeren Schicht ab und vermindern die Wirkung des Kerns auf diese; Dies wird als Bildschirm-Effekt bezeichnet. In der gleichen Periode gelingt es dem Rastereffekt nicht, der Zunahme der Protonenzahl entgegenzuwirken, so dass die Elektronen der inneren Schicht die Zusammenziehung der Atome nicht verhindern.

Beim Abstieg in einer Gruppe werden jedoch neue Energieniveaus ermöglicht, die es den Elektronen ermöglichen, sich weiter vom Kern weg zu bewegen. Auch nimmt die Anzahl der Elektronen in der inneren Schicht zu, deren Abschirmwirkung abnimmt, wenn der Kern erneut Protonen hinzufügt.

Aus diesen Gründen ist ersichtlich, dass die Gruppe 1A die voluminösesten Atome aufweist, im Gegensatz zu den kleinen Atomen der Gruppe 8A (oder 18), die der Edelgase.

Atomvolumina von Übergangsmetallen

Die Atome der Übergangsmetalle enthalten Elektronen zu den inneren Orbitalen d.Diese Zunahme des Rastereffekts und der realen Kernladung Z heben sich nahezu gleichmäßig auf, so dass ihre Atome in derselben Periode gleich groß sind.

Mit anderen Worten: In einer Periode weisen die Übergangsmetalle ähnliche Atomvolumina auf. Diese kleinen Unterschiede sind jedoch enorm wichtig, wenn die metallischen Kristalle definiert werden (als wären sie Metallkugeln).

Beispiele

Zwei mathematische Formeln sind verfügbar, um das atomare Volumen eines Elements zu berechnen, jedes mit seinen entsprechenden Beispielen.

Beispiel 1

Angesichts des Atomradius von Wasserstoff -37 pm (1 Pikometer = 10-12m) - und Caesium -265 pm - berechnen seine Atomvolumina.

Mit der Formel des kugelförmigen Volumens haben wir dann:

VH= (4/3) (3.14) (37 Uhr)3= 212.07 Uhr3

VCs= (4/3) (3.14) (265 Uhr)3= 77912297,67 Uhr3

Jedoch sind diese Volumina in Picometern exorbitant, so dass sie in Einheiten von Angström umgewandelt werden, multipliziert mit dem Umrechnungsfaktor (1 Å / 100 pm).3:

(212.07 Uhr3) (1Å / 100pm)3= 2,1207×10-4 Å3

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

Somit bleiben die Größenunterschiede zwischen dem kleinen Atom von H und dem voluminösen C-Atom numerisch offensichtlich. Man muss sich vor Augen halten, dass diese Berechnungen nur Annäherungen unter der Behauptung sind, dass ein Atom total kugelförmig ist, welches angesichts der Realität wandert.

Beispiel 2

Die Dichte von reinem Gold beträgt 19,32 g / ml und seine Molmasse beträgt 196,97 g / mol. Die Anwendung der Formel M / D zur Berechnung des Volumens von einem Mol Goldatomen hat folgendes:

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

Das heißt, dass 1 Mol Goldatome 10,19 ml einnimmt, aber welches Volumen nimmt ein Goldatom spezifisch ein? Und wie man es in Einheiten von pm ausdrückt3? Verwenden Sie dazu einfach die folgenden Umrechnungsfaktoren:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10)-23 Atome) · (1 m / 100 cm)3· (13.00 Uhr / 10-12m)3= 16,92 ·106 Uhr3

Auf der anderen Seite ist der Atomradius von Gold 166 pm. Wenn Sie beide Volumes vergleichen - das eine, das Sie mit der vorherigen Methode erhalten haben, und das andere, das mit der Formel für das sphärische Volumen berechnet wurde - werden Sie feststellen, dass sie nicht den gleichen Wert haben:

VAu= (4/3) (3.14) (166 Uhr)3= 19,15·106 Uhr3

Welches der beiden ist dem akzeptierten Wert am nächsten? Derjenige, der den experimentellen Ergebnissen am nächsten kommt, die durch Röntgenbeugung der kristallinen Struktur von Gold erhalten werden.

Referenzen

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