元素的原子半徑和離子半徑
銅臭 / 2022-08-12
元素原子的基本性質(zhì)之一是它們的大小。 圖28-1表示了元素的原子半徑和離子牛徑的周期性變化。在原子半徑的曲線中,容易看出堿金屬在曲錢上占有峰頂?shù)奈恢?。它們的原子半徑最大,因?yàn)樾略隽艘粋€(gè)s電子,就是新增加了一個(gè)電子層,而同時(shí)核電荷又增加了一個(gè)單位。在堿土金屬的原子中,最外是兩個(gè)s電子,殼層并未增多,而核電荷則又增加了一個(gè)單位,因此發(fā)生收縮,其他依此類推。一方面電子增多和殼層增加有著使原子增大的趨向,而另一方面核荷增加又因引力增大而有使原子縮小的趨向。這兩種矛盾著的趨向相互競爭,要看哪一個(gè)占優(yōu)勢而決定原子半徑隨原子序的遞增而增大或減小。但是在堿金屬前的幾個(gè)元素處,原子半徑已逐漸由谷底向峰頂上長,理由如下。
實(shí)際上,原子半徑一般是從晶體求得的, 因此,在相當(dāng)程度 上受到晶格的影響。一般非金屬元素, 是分子晶格型的。那么在分子中原子的如何結(jié)合,也影響。例如N-O-F三個(gè)元素,論到它們的原子結(jié)構(gòu),都是在2p電子層中逐一增加

電子,電子層數(shù)幷無增加,但是核的電荷是逐一增大的。如果單從 這方面來考慮,原子半徑應(yīng)當(dāng)按N-O-F 的次序而箱小。但是, 事實(shí)上N-O-F的原子半徑是依次增大的。原因是,氟分子中 F-F有單鍵,氧分子中有三電子π鍵,而氮分子中N≡N有三鍵。 同時(shí),分子中電子間的斥力亦按N?-O?-F?的次序而增大。結(jié)果O?較N?為大,而F又較O?為大。
處在原子半徑曲錢的谷底的副族元素,即從IVB鈦副族起,通過過渡元素,到IIB鋅副族,它們的原子半徑見圖28-2。由圖中不但可以看到周期性變化,并且非常清楚地看到了鑭系收箱的效應(yīng)。
圖28-1中離子半徑的曲棧是斷開的,因?yàn)橛嘘栯x子和陰離子的區(qū)別。然而整個(gè)看來,周期性是明顯的。占在峰頂?shù)氖嵌栊詺怏w(暫把它們和離子一并而論),左邊鹵素一價(jià)陰離子的半徑要小些,而右邊堿金屬一價(jià)陽離子的半徑要小得多。今考慮下列例子:
離子 |
電子層 |
核電荷 |
離子半徑 |
F-
Ne
Na+
|
2,8
2,8
2,8
|
9
10
11
|
1.33
1.59
0.98
|
Na?比Ne小,是因?yàn)殁c的核荷增加了一一個(gè) 單位。那么氟的核電荷比氖小一個(gè)單位,為什么F?反而比Ne小呢?理由是,這些數(shù)據(jù)是由晶體求得的,因此在某種程度上依賴于晶體結(jié)構(gòu)。Ne在晶格中的結(jié)構(gòu)單元是原子,彼此間依靠弱的范德瓦爾力相結(jié)合,而F?是存在于離子型晶格中,例如于NaF和KF中,它和Na?或K?離子間有著強(qiáng)的庫命引力,因此F?的半徑反而比Ne的半徑小些,但是畢竟要比Na?大。
此外,壓縮系數(shù)(壓力變化一個(gè)單位時(shí),對個(gè)單位體積所產(chǎn)生的體積減小)也象原子體積,呈現(xiàn)著周期性變化,因?yàn)轶w積越大,越容易壓縮。密度(或比重)是和原子體積呈反比的,因此也隨著原子序的遞增而有周期性的變化。