ATOM HACMI: PERIYODIK TABLODA VE ÖRNEKLERDE NASIL DEĞIŞTIĞI - KIMYA - 2024

Atom hacmi bir eleman ve yoğunluk mol kütlesi arasındaki ilişkiyi gösteren bir nispi bir değerdir. Yani bu hacim elementin yoğunluğuna bağlıdır ve yoğunluk da faza ve atomların onun içinde nasıl düzenlendiğine bağlıdır.

Dolayısıyla, bir Z elementinin atomik hacmi, oda sıcaklığında (sıvı, katı veya gaz halinde) veya belirli bileşiklerin parçası olduğunda sergilediği fazdan farklı bir fazda aynı değildir. Bu nedenle, ZA bileşiğindeki Z'nin atomik hacmi, ZB bileşiğindeki Z'ninkinden farklıdır.

Neden? Bunu anlamak için atomları örneğin mermerlerle karşılaştırmak gerekir. Mermerler, yukarıdaki görüntüdeki mavimsi olanlar gibi, parlak yüzeyleri sayesinde görülebilen, çok iyi tanımlanmış bir malzeme sınırına sahiptir. Buna karşılık, atomların sınırları, uzaktan küresel olarak kabul edilebilecek olsalar da dağınıktır.

Bu nedenle, atomik sınırın ötesindeki bir noktayı belirleyen şey, bir elektron bulmanın sıfır olasılığıdır ve bu nokta, ele alınan atom etrafında kaç komşu atomun etkileşime girdiğine bağlı olarak çekirdeğe daha yakın veya daha yakın olabilir.

Atom hacmi ve yarıçap

A İki atom, H H molekülünü _ikiye böler, merkezlerinin konumları bunlar arasındaki mesafeler olarak tanımlanır (nükleer mesafeler). Her iki atom da küreselse, yarıçap, çekirdek ile bulanık sınır arasındaki mesafedir:

Yukarıdaki görüntüde, çekirdekten uzaklaştıkça bir elektron bulma olasılığının nasıl azaldığını görebilirsiniz. Ardından çekirdek arası mesafeyi ikiye bölerek atom yarıçapı elde edilir. Daha sonra, atomlar için küresel bir geometri varsayarak, formül bir kürenin hacmini hesaplamak için kullanılır:

V = (4/3) (Pi) r ³

Bu sentezleme r ise H için belirlenen atomik yarıçapı ₂ molekülü . Örneğin H, bu kesin yöntemi ile hesaplanan V değeri değişebilir ₂ olarak kabul edilir sıvı ya da metal halde bulunur. Ancak bu yöntem çok yanlıştır çünkü atomların şekilleri, etkileşimlerinde ideal alandan çok uzaktır.

Katılarda atom hacimlerini belirlemek için, düzenlemeyle ilgili birçok değişken dikkate alınır ve bunlar X-ışını kırınım çalışmaları ile elde edilir.

Ek formül

Molar kütle, bir kimyasal elementin bir mol atomuna sahip olan madde miktarını ifade eder.

Birimleri g / mol'dür. Öte yandan yoğunluk, bir gram elementin kapladığı hacimdir: g / mL. Atomik hacim birimleri mL / mol olduğundan, istenen birimlere ulaşmak için değişkenlerle oynamalıyız:

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

Ya da aynısı:

(Molar kütle) (1 / D) = V

(Molar kütle / D) = V

Böylece, bir elementin bir mol atomunun hacmi kolayca hesaplanabilir; küresel hacim formülü ise tek bir atomun hacmini hesaplar. Bu değere ilkinden ulaşmak için, Avogadro'nun numarası (6.02 · 10 ^-23 ) üzerinden bir dönüştürme gereklidir .

Atom hacmi periyodik tabloda nasıl değişir?

Atomların küresel olduğu kabul edilirse, o zaman onların varyasyonları atom yarıçaplarında gözlemlenenle aynı olacaktır. Temsili unsurları gösteren yukarıdaki resimde, sağdan sola atomların küçüldüğü gösterilmektedir; bunun yerine yukarıdan aşağıya daha hacimli hale gelirler.

Bunun nedeni, çekirdeğin aynı dönemde sağa doğru hareket ederken protonları birleştirmesidir. Bu protonlar , gerçek nükleer yük Z'den daha az etkili bir nükleer yük Z _ef hisseden dış elektronlara çekici bir kuvvet uygular .

İç kabukların elektronları, çekirdeğin üzerlerindeki etkisini azaltarak dış kabuğun elektronlarını iter; bu, ekran etkisi olarak bilinir. Aynı dönemde, ekran etkisi proton sayısındaki artışı engelleyemez, bu nedenle iç kabuktaki elektronlar atomların kasılmasını engellemez.

Bununla birlikte, bir gruba inmek, elektronların çekirdekten daha uzak bir yörüngede dönmesine izin veren yeni enerji seviyelerini mümkün kılar. Aynı şekilde, iç kabuktaki elektronların sayısı artar ve çekirdek tekrar proton eklerse koruyucu etkileri azalmaya başlar.

Bu nedenlerden dolayı, grup 1A'nın, asal gazlarınki 8A (veya 18) grubunun küçük atomlarından farklı olarak, en hacimli atomlara sahip olduğu takdir edilmektedir.

Atomik geçiş metal hacimleri

Geçiş metali atomları elektronları iç d orbitallerine dahil eder. Ekran etkisindeki ve aynı zamanda gerçek nükleer yük Z'deki bu artış, neredeyse eşit olarak ortadan kalkar, böylece atomları aynı dönemde benzer büyüklükte kalır.

Başka bir deyişle: bir dönemde geçiş metalleri benzer atomik hacimler sergiler. Bununla birlikte, bu küçük farklılıklar, metalik kristalleri tanımlarken (sanki metalik mermerlermiş gibi) son derece önemlidir.

Örnekler

Bir elementin atom hacmini hesaplamak için her biri karşılık gelen örneklerle birlikte iki matematiksel formül mevcuttur.

örnek 1

Hidrojen atom çapındaki -37 pm (= 10: 1 Picometer verilen ^-12 m) - ve sezyum -265 PM-, hesaplamak atomik miktarlar.

Küresel hacim formülünü kullanarak şunlara sahibiz:

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

Bununla birlikte, pikometre cinsinden ifade edilen bu hacimler aşırıdır, bu nedenle bunlar, dönüşüm faktörü (1 / 100pm) ^{3 ile} çarpılarak angstrom birimlerine dönüştürülür :

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

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

Böylece, küçük H atomu ile hacimli Cs atomu arasındaki boyut farklılıkları sayısal olarak kanıtlanmıştır. Unutulmamalıdır ki, bu hesaplamalar, bir atomun tamamen küresel olduğu ve gerçekliğin önünde dolaştığı ifadesine göre sadece yaklaşıklıklardır.

Örnek 2

Saf altının yoğunluğu 19.32 g / mL ve molar kütlesi 196.97 g / mol'dür. Bir mol altın atomunun hacmini hesaplamak için M / D formülünü uygulayarak aşağıdaki elde edilir:

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

Yani 1 mol altın atomu 10.19 mL'yi kaplar, ancak bir altın atomu spesifik olarak hangi hacmi kaplar? Ve bunu pm ³ birimiyle nasıl ifade edebilirim ? Bunun için aşağıdaki dönüştürme faktörlerini uygulamanız yeterlidir:

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

Öte yandan, altının atom yarıçapı 166 pm'dir. Her iki hacim de - önceki yöntemle elde edilen ve küresel hacim formülüyle hesaplanan - karşılaştırılırsa, aynı değere sahip olmadıkları görülecektir:

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

İkisinden hangisi kabul edilen değere en yakın? Altının kristal yapısının X ışını kırınımı ile elde edilen deneysel sonuçlara en yakın olanı.

Referanslar

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 Aralık 2017). Atomik Hacim Tanımı. 6 Haziran 2018'de, düşünceco.com adresinden alındı.
2. Mayfair, Andrew. (13 Mart 2018). Bir Atomun Hacmi Nasıl Hesaplanır? Bilimsellik. 6 Haziran 2018'de sciencing.com adresinden alındı
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer Atomik Hacim Eğrileri. 6 Haziran 2018'de, wonderwhizkids.com adresinden alındı
4. Lümen. Periyodik Eğilimler: Atomik Yarıçap. 6 Haziran 2018'de, kurslar.lumenlearning.com adresinden alındı.
5. Camilo J. Derpich. Atom hacmi ve yoğunluğu. 6 Haziran 2018'de es-puraquimica.weebly.com adresinden alındı
6. Whitten, Davis, Peck ve Stanley. Kimya. (8. baskı). CENGAGE Learning, s 222-224.
7. CK-12 Vakfı. (22 Şubat 2010). Karşılaştırmalı atom boyutları. . 06 Haziran 2018'de commons.wikimedia.org adresinden alındı.
8. CK-12 Vakfı. (22 Şubat 2010). H _2'nin atom yarıçapı . . 06 Haziran 2018'de commons.wikimedia.org adresinden alındı.