Volume atomico Quanto varia nella tavola periodica e negli esempi



il volume atomico è un valore relativo che indica la relazione tra la massa molare di un elemento e la sua densità. Quindi, questo volume dipende dalla densità dell'elemento e la densità dipende a sua volta dalla fase e da come sono disposti gli atomi al suo interno.

Quindi il volume atomico per un elemento Z non è lo stesso in un'altra fase diversa da quella che si presenta a temperatura ambiente (liquido, solido o gas) o quando fa parte di determinati composti. Pertanto, il volume atomico di Z nel composto ZA è diverso da quello di Z nel composto ZB.

Perché? Per capirlo, è necessario confrontare gli atomi con, ad esempio, le biglie. Le biglie, come quelle bluastre dell'immagine superiore, hanno ben definito il loro bordo materiale, che viene osservato grazie alla sua superficie brillante. Al contrario, il confine degli atomi è diffuso, sebbene possano essere considerati lontanamente sferici.

Quindi, ciò che determina un punto oltre il confine atomico è la probabilità nulla di trovare un elettrone, e questo punto può essere più lontano o più vicino al nucleo a seconda di quanti atomi vicini interagiscono intorno all'atomo in esame.

indice

  • 1 volume atomico e radio
  • 2 Formula aggiuntiva
  • 3 Come varia il volume atomico nella tavola periodica?
    • 3.1 Volumi atomici di metalli di transizione
  • 4 esempi
    • 4.1 Esempio 1
    • 4.2 Esempio 2
  • 5 riferimenti

Volume atomico e raggio

Interagendo due atomi di H nella molecola H2, le posizioni dei loro nuclei sono definite così come le distanze tra loro (distanze internucleari). Se entrambi gli atomi sono sferici, il raggio è la distanza tra il nucleo e il confine diffuso:

Nell'immagine in alto si vede come la probabilità di trovare un elettrone diminuisca man mano che si allontana dal nucleo. Dividendo la distanza internucleare tra due, si ottiene il raggio atomico. Successivamente, assumendo una geometria sferica per gli atomi, usiamo la formula per calcolare il volume di una sfera:

V = (4/3) (Pi) r3

In questa espressione r è il raggio atomico determinato per la molecola H2. Il valore di V calcolato con questo metodo impreciso può cambiare se, ad esempio, fosse considerato H2 in stato liquido o metallico. Tuttavia, questo metodo è molto impreciso perché le forme degli atomi sono lontane dalla sfera ideale nelle loro interazioni.

Per determinare i volumi atomici nei solidi, vengono prese in considerazione molte variabili riguardanti la disposizione e sono ottenute mediante studi di diffrazione a raggi X.

Formula aggiuntiva

La massa molare esprime la quantità di materia che ha una mole di atomi di un elemento chimico.

Le sue unità sono g / mol. D'altra parte, la densità è il volume che occupa un grammo dell'elemento: g / mL. Poiché le unità del volume atomico sono mL / mol, devi giocare con le variabili per raggiungere le unità desiderate:

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

O quello che è lo stesso:

(Massa molare) (1 / D) = V

(Massa molare / D) = V

Quindi, il volume di una mole di atomi di un elemento può essere facilmente calcolato; mentre con la formula del volume sferico viene calcolato il volume di un singolo atomo. Per raggiungere questo valore dal primo, è necessaria una conversione tramite il numero di Avogadro (6.02 · 10).-23).

Come varia il volume atomico nella tavola periodica?

Se gli atomi sono considerati sferici, la loro variazione sarà la stessa osservata nei raggi atomici. Nell'immagine in alto, che mostra gli elementi rappresentativi, è illustrato che da destra a sinistra gli atomi nani; d'altra parte, da cima a fondo diventano più voluminosi.

Questo perché nello stesso periodo il nucleo incorpora i protoni mentre si sposta a destra. Questi protoni esercitano una forza attrattiva sugli elettroni esterni, che avvertono una carica nucleare Z efficaceeff, inferiore alla carica nucleare effettiva Z.

Gli elettroni degli strati interni respingono quelli dello strato esterno, diminuendo l'effetto del nucleo su questi; Questo è noto come effetto schermo. Nello stesso periodo l'effetto schermo non riesce a contrastare l'aumento del numero di protoni, quindi gli elettroni dello strato interno non impediscono la contrazione degli atomi.

Tuttavia, quando si scende in un gruppo, vengono attivati ​​nuovi livelli di energia, che consentono agli elettroni di orbitare più lontano dal nucleo. Inoltre, aumenta il numero di elettroni nello strato interno, i cui effetti di schermatura cominciano a diminuire se il nucleo aggiunge nuovamente protoni.

Per questi motivi si può vedere che il gruppo 1A ha gli atomi più voluminosi, a differenza dei piccoli atomi del gruppo 8A (o 18), quello dei gas nobili.

Volumi atomici di metalli di transizione

Gli atomi dei metalli di transizione incorporano gli elettroni negli orbitali interni d.Questo aumento dell'effetto schermo e, oltre alla reale carica nucleare Z, si annullano quasi allo stesso modo, in modo che i loro atomi mantengano le stesse dimensioni nello stesso periodo.

In altre parole: in un periodo, i metalli di transizione mostrano volumi atomici simili. Tuttavia, queste piccole differenze sono enormemente significative quando si definiscono i cristalli metallici (come se fossero biglie metalliche).

Esempi

Sono disponibili due formule matematiche per calcolare il volume atomico di un elemento, ciascuno con i relativi esempi.

Esempio 1

Dato il raggio atomico dell'idrogeno -37 pm (1 picometro = 10-12m) - e cesio -265 pm-, calcolare i suoi volumi atomici.

Usando la formula del volume sferico, abbiamo quindi:

VH= (4/3) (3,14) (37 pm)3= 212.07 pm3

Vcs= (4/3) (3,14) (265 pm)3= 77912297,67 pm3

Tuttavia, quei volumi espressi in picometri sono esorbitanti, quindi vengono trasformati in unità di angstrom, moltiplicandoli per il fattore di conversione (1Å / 100pm)3:

(212.07 pm3) (1Å / 100pm)3= 2,1207×10-4 Å3

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

Pertanto, le differenze di dimensioni tra il piccolo atomo di H e l'ingombrante atomo di C rimangono numericamente evidenti. È necessario tenere presente che questi calcoli sono solo approssimazioni secondo l'affermazione che un atomo è totalmente sferico, che vaga di fronte alla realtà.

Esempio 2

La densità dell'oro puro è 19,32 g / ml e la sua massa molare è di 196,97 g / mol. L'applicazione della formula M / D per calcolare il volume di una mole di atomi d'oro ha il seguente:

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

Vale a dire, che 1 mole di atomi d'oro occupa 10,19 mL, ma quale volume occupa un atomo d'oro in particolare? E come esprimerlo in unità di pm3? Per questo semplicemente si applicano i seguenti fattori di conversione:

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

D'altra parte, il raggio atomico dell'oro è 166 pm. Se confronti entrambi i volumi, quello ottenuto con il metodo precedente e quello calcolato con la formula del volume sferico, scoprirai che non hanno lo stesso valore:

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

Quale delle due è più vicina al valore accettato? Quello più vicino ai risultati sperimentali ottenuti dalla diffrazione dei raggi X della struttura cristallina dell'oro.

riferimenti

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