ATOMVOLYM: HUR DET VARIERAR I PERIODISKA TABELLER OCH EXEMPEL - KEMI - 2026

Den atomvolym är ett relativt värde som indikerar förhållandet mellan den molära massan av ett element och dess densitet. Så denna volym beror på densitet för elementet, och densiteten beror i sin tur på fasen och hur atomerna är anordnade i det.

Så atomvolymen för ett element Z är inte densamma i en annan fas än den som uppvisar vid rumstemperatur (flytande, fast eller gasformig), eller när den är en del av vissa föreningar. Således är atomvolymen av Z i förening ZA olika från den för Z i förening ZB.

Varför? För att förstå det är det nödvändigt att jämföra atomer med till exempel kulor. Marmorna, som de blåaktiga i bilden ovan, har en mycket väl definierad materialgräns, som kan ses tack vare sin blanka yta. Däremot är atomernas gräns diffus, även om de kan betraktas som avlägset sfäriska.

Det som bestämmer en punkt utanför atomgränsen är således noll sannolikheten för att hitta en elektron, och denna punkt kan vara längre eller närmare kärnan beroende på hur många angränsande atomer interagerar runt atomen som beaktas.

Atomvolym och radie

A de två atomerna samverkar H H-molekylen i _två , deras positioner definieras som avståndet mellan dessa (internukleära avstånd). Om båda atomerna är sfäriska är radien avståndet mellan kärnan och den fuzzy gränsen:

På bilden ovan kan du se hur sannolikheten för att hitta en elektron minskar när den rör sig bort från kärnan. Sedan delas det internukleära avståndet med två, erhålles atomradie. Därefter, med antagande av en sfärisk geometri för atomerna, används formeln för att beräkna volymen för en sfär:

V = (4/3) (Pi) r ³

I detta uttryck r är atomradie bestämd för H ₂ -molekylen . Värdet av V beräknas genom denna oprecisa metod kan ändras om, till exempel, H ₂ betraktas i vätskan eller metalliskt tillstånd. Men denna metod är mycket felaktig eftersom formen på atomerna är mycket långt ifrån den perfekta sfären i deras interaktioner.

För att bestämma atomvolymerna i fasta ämnen beaktas många variabler beträffande arrangemanget och som erhålls genom röntgendiffraktionsstudier.

Ytterligare formel

Molmassa uttrycker mängden materia som har en molatomer av ett kemiskt element.

Dess enheter är g / mol. Å andra sidan är densiteten den volym som ett gram av elementet upptar: g / ml. Eftersom enheterna med atomvolym är ml / mol måste vi spela med variablerna för att komma fram till de önskade enheterna:

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

Eller vad är detsamma:

(Molmassa) (1 / D) = V

(Molmassa / D) = V

Således kan volymen på en mol atomer i ett element lätt beräknas; medan den sfäriska volymformeln beräknar volymen för en individuell atom. För att komma fram till detta värde från det första är det nödvändigt med en konvertering genom Avogadros nummer (6.02 · ^10-23 ).

Hur varierar atomvolymen i det periodiska systemet?

Om atomerna betraktas som sfäriska, kommer deras variation att vara densamma som observerats i atomradier. I bilden ovan, som visar representativa element, illustreras det att från höger till vänster blir atomerna mindre; istället, från topp till botten blir de mer omfattande.

Detta beror på att kärnan i samma period innehåller protoner när den rör sig till höger. Dessa protoner utövar en attraktiv kraft på de externa elektronerna, som känner en effektiv kärnladdning Z _ef , mindre än den verkliga kärnkraftsladdningen Z.

Elektronerna i de inre skalen avvisar de från det yttre skalet och minskar effekten av kärnan på dem; detta kallas skärmeffekten. Under samma period kan skärmeffekten inte motverka ökningen av antalet protoner, så elektronerna i det inre skalet förhindrar inte atomerna att dras in.

Att stiga in i en grupp möjliggör emellertid nya energinivåer, som tillåter elektroner att kretsa längre från kärnan. På samma sätt ökar antalet elektroner i det inre skalet, vars skyddseffekter börjar minska om kärnan lägger till protoner igen.

Av dessa skäl inses det att grupp 1A har de mest volyminösa atomerna, till skillnad från de små atomerna i grupp 8A (eller 18), de för ädla gaserna.

Atomvolymer av övergångsmetaller

Övergångsmetallatomerna integrerar elektroner i de inre d-orbitalerna. Denna ökning av skärmeffekten och, såväl som i den verkliga kärnkraftsladdningen Z, avbryter nästan lika, så att deras atomer behåller samma storlek under samma period.

Med andra ord: under en period uppvisar övergångsmetaller liknande atomvolymer. Dessa små skillnader är emellertid oerhört betydande när man definierar metalliska kristaller (som om de var metalliska kulor).

exempel

Två matematiska formler är tillgängliga för att beräkna atomens volym, var och en med motsvarande exempel.

Exempel 1

Med tanke på atomradien för väte -37 pm (1 picometer = ^10-12 m) - och cesium -265 pm-, beräkna deras atomvolymer.

Med den sfäriska volymformeln har vi sedan:

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

Dessa volymer uttryckta i picometrar är emellertid exorbitanta, så de omvandlas till enheter av ångström, multiplicerar dem med omvandlingsfaktorn (1 Å / 100 pm) ³ :

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

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

Således framgår storleksskillnaderna mellan den lilla H-atomen och den skrymmande Cs-atomen numeriskt. Det bör noteras att dessa beräkningar endast är approximationer under påståendet att en atom är helt sfärisk, som vandrar framför verkligheten.

Exempel 2

Densiteten för rent guld är 19,32 g / ml och dess molmassa är 196,97 g / mol. Genom att använda M / D-formeln för att beräkna volymen på en mol guldatomer erhålls följande:

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

Det vill säga, 1 mol guldatomer upptar 10,19 ml, men vilken volym upptar en guldatom specifikt? Och hur man uttrycker det i enheter från pm ³ ? För detta använder du bara följande omvandlingsfaktorer:

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

Å andra sidan är den atomära radien av guld 166 pm. Om båda volymerna jämförs - den som erhållits med föregående metod och den som beräknas med den sfäriska volymformeln - kommer det att konstateras att de inte har samma värde:

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

Vilken av de två är närmast det accepterade värdet? Den som är närmast de experimentella resultaten erhållna genom röntgendiffraktion av kristallstrukturen i guld.

referenser

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 december 2017). Definition av atomvolym. Hämtad 6 juni 2018 från: thoughtco.com
2. Mayfair, Andrew. (13 mars 2018). Hur man beräknar volymen på ett atom. Sciencing. Hämtad 6 juni 2018 från: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer Atomic Volume Curves. Hämtad den 6 juni 2018 från: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Periodiska trender: Atomic Radius. Hämtad 6 juni 2018 från: kurser.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Atomvolym och densitet. Hämtad 6 juni 2018 från: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Kemi. (8: e upplagan). CENGAGE Learning, s 222-224.
7. CK-12 Foundation. (22 februari 2010). Jämförande atomstorlekar. . Hämtad den 6 juni 2018 från: commons.wikimedia.org
8. CK-12 Foundation. (22 februari 2010). Atomradie av H ₂ . . Hämtad den 6 juni 2018 från: commons.wikimedia.org