Atomvolym Hur det varierar i det periodiska systemet och exemplen

den atomvolymen är ett relativvärde som indikerar förhållandet mellan en molekyls molära massa och dess densitet. Så beror denna volym på elementets densitet, och densiteten beror i sin tur på fasen och på hur atomerna är anordnade inom detta.

Så atomvolymen för ett Z-element är inte densamma i en annan fas som skiljer sig från den som uppvisar vid rumstemperatur (vätska, fast substans eller gas) eller när den är en del av vissa föreningar. Sålunda skiljer sig atomvolymen Z i förening ZA från den för Z i förening ZB.

Varför? För att förstå det är det nödvändigt att jämföra atomer med exempelvis marmor. Marmorarna, som de blåaktiga i överlägsen bild, har mycket väl definierat sin materialgräns, vilket observeras tack vare sin lysande yta. I motsats härtill är atomenas gräns diffus, även om de kan betraktas som fjärr sfäriska.

Således, vad som bestämmer en punkt bortom atomgränsen är noll sannolikheten för att hitta en elektron, och denna punkt kan vara längre eller närmare kärnan beroende på hur många närliggande atomer samverkar kring atomen i beaktande.

index

• 1 Atomvolym och radie
• 2 Ytterligare formel
• 3 Hur varierar atomvolymen i det periodiska bordet?
  • 3.1 Atomvolymer av övergångsmetaller
• 4 exempel
  • 4,1 Exempel 1
  • 4.2 Exempel 2
• 5 referenser

Atomvolym och radie

Genom att interagera två H-atomer i H-molekylen₂, positionerna för deras kärnor definieras liksom avstånden mellan dem (inre kärnavstånd). Om båda atomerna är sfäriska är radien avståndet mellan kärnan och den diffusa gränsen:

I den övre bilden kan man se hur sannolikheten för att hitta en elektron minskar när den rör sig bort från kärnan. Att dividera det interkärnära avståndet mellan två, erhålles atomraden. När vi antar en sfärisk geometri för atomer använder vi formeln för att beräkna en sfärens volym:

V = (4/3) (Pi) r³

I detta uttryck är den atomära raden bestämd för H-molekylen₂. Värdet av V beräknat med denna oklara metod kan ändras om det till exempel betraktades som H₂ i flytande eller metalliskt tillstånd. Emellertid är denna metod väldigt felaktig eftersom atomernas former ligger långt ifrån den ideala sfären i deras växelverkan.

För att bestämma atomvolymerna i fastämnena beaktas många variabler avseende arrangemanget och de erhålls genom röntgendiffraktionsstudier..

Ytterligare formel

Molmassan uttrycker mängden materia som har en mol atomer av ett kemiskt element.

Dess enheter är g / mol. Å andra sidan är densiteten volymen som upptar ett gram av elementet: g / ml. Eftersom atomvolymenheterna är ml / mol måste du spela med variablerna för att nå de önskade enheterna:

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

Eller vad är detsamma:

(Molär massa) (1 / D) = V

(Molär massa / D) = V

Således kan volymen av en mol atomer av ett element lätt beräknas; medan med den sfäriska volymens formel beräknas volymen av en individuell atom. För att nå detta värde från det första krävs en konvertering genom Avogadros nummer (6,02 · 10).^-23).

Hur varierar atomvolymen i det periodiska bordet?

Om atomer anses vara sfäriska, kommer deras variation att vara densamma som observerade i atomrader. I den övre bilden, som visar de representativa elementen, illustreras det att atomarna dvärg från höger till vänster; i stället blir de från upp till botten mer voluminösa.

Detta beror på att i samma period innehåller kärnan protoner när det rör sig till höger. Dessa protoner utövar en attraktiv kraft på de yttre elektronerna, som känner av en effektiv kärnladdning Z_eff, mindre än den faktiska nukleära avgiften Z.

De inre skiktens elektroner avstötar de yttre skikten, vilket minskar kärnans effekt på dessa. Detta är känt som skärmseffekten. Under samma period lyckas inte skärmverkan motverka ökningen av antalet protoner, så att elektronerna i det inre skiktet inte hindrar sammandragningen av atomerna.

Men genom att gå ner i en grupp aktiveras nya energinivåer, vilket tillåter elektroner att bana längre bort från kärnan. Också, börjar antalet elektroner i det inre skiktet, vilket avskärmningseffekter kan minskas om kärnan rejoining protoner ökning.

Av dessa skäl kan man se att grupp 1A har de mest voluminösa atomen, till skillnad från de små atomerna i grupp 8A (eller 18), den för ädelgaser.

Atomvolymer av övergångsmetaller

Atomerna i övergångsmetallerna innehåller elektroner till de inre orbitalerna d. Denna ökning av skärmseffekten och såväl som den verkliga nukleära laddningen Z avbryts nästan lika, så att deras atomer bibehåller sin liknande storlek under samma period.

Med andra ord: i en period uppvisar övergångsmetallerna liknande atomvolymer. Dessa små skillnader är emellertid väldigt signifikanta när man definierar metallkristallerna (som om de var metalliska kulor).

exempel

Två matematiska formler finns tillgängliga för att beräkna atomvolymen hos ett element, var och en med motsvarande exempel.

Exempel 1

Med tanke på atomradiusen av väte -37 pm (1 picometer = 10^-12m) - och cesium -265 pm-, beräkna dess atomvolymer.

Med hjälp av formeln för sfärisk volym har vi då:

V_H= (4/3) (3,14) (37 pm)³= 212,07³

V_cs= (4/3) (3,14) (265 pm)³= 77912297,67³

De volymer som uttrycks i pyrometrar är emellertid exorbitanta, så de omvandlas till enheter av ångström, multiplicerar dem med omvandlingsfaktorn (1 Å / 100 pm)³:

(212.07 pm³) (1Å / 100 pm)³= 2,1207 × 10^-4 ų

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

Sålunda förblir skillnaderna i storlek mellan den lilla atomen av H och den skrymmande atomen av Cs numeriskt uppenbara. Det är nödvändigt att notera att dessa beräkningar är endast approximationer under påståendet att en atom är helt sfärisk, vilket rambles ansikte verkligheten.

Exempel 2

Tätheten av rent guld är 19,32 g / ml och dess molvikt är 196,97 g / mol. Genom att använda formeln M / D för att beräkna volymen på en mol guldatomer har följande:

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

Det vill säga att 1 mol guldatomer upptar 10,19 ml, men vilken volym upptar en guldatom specifikt? Och hur man uttrycker det i enheter av pm³? För detta använd helt enkelt följande omvandlingsfaktorer:

(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10)^-23 atomer) · (1 m / 100 cm)³· (1 pm / 10^-12m)³= 16,92 · 10⁶ pm³

Å andra sidan är guldets atomradie 166 pm. Om båda -de volymer erhållna genom ovanstående metod och beräknade med formeln esférico- volymen kommer att hittas för att ha samma värde jämförs:

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

Vilket av de två är närmast det accepterade värdet? Den som ligger närmast experimentella resultat erhållna genom röntgendiffraktion av den kristallina strukturen av guld.

referenser

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (December 09, 2017). Atomvolym Definition. Hämtad den 6 juni 2018, från: thoughtco.com
2. Mayfair, Andrew. (13 mars 2018). Hur man beräknar en atoms volym. sciencing. Hämtad den 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: Atom Radius. Hämtad den 6 juni 2018, från: courses.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Volym och atomdensitet. Hämtad den 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-stiftelsen. (22 februari 2010). Jämförande atomstorlekar. [Bild]. Hämtad den 6 juni 2018, från: commons.wikimedia.org
8. CK-12-stiftelsen. (22 februari 2010). Atomradie av H₂. [Bild]. Hämtad den 6 juni 2018, från: commons.wikimedia.org