Задания группы А. Строение атома.

1. Заряд ядра атома железа равен:
1)+8; 2)+56; 3)+26; 4)+16.

1. (3). Заряд ядра соответствует порядковому номеру химического элемента периодической системы, взятому со знаком «+»

 

2.Электронная конфигурация атома германия:
1)1s22s22p63s23p63d64s24p6;
2)1s22s22p63s23p63d64s24p2;
3)1s22s22p63s23p63d104s24p2;
4)1s22s22p63s23p63d104p4

2.(3) Германий является p-элементом, на 4p-подуровне у него 2 электрона (второй p-элемент 4 периода), у p-элементов полностью заполнены предвнешний d-подуровень, в данном случае 3d-подуровень (10 электронов)и заполнен внешний s-подуровень 4s2

 

3) Электронную конфигурацию, идеентичную конфигурации атома аргона, имеет ион:
1)Na+; 2)Cu2+; 3)S2-; 4)F—

3. (3). У аргона 18 электронов, они распределены по слоям:2,8,8. У атома серы 16 электронов:2,8,6. У иона S2- число электронов равно 18, за счёт присоединения 2 электронов на внешний электронный слой.

 

4) Общее число электронов у иона Mn2+:
1)23; 2)25; 3)27; 4) 55.

4. (1).В атоме марганца 25 электронов (число соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системе). Атом марганца превратился в ион Mn2+ за счёт отдачи 2 электронов.

 

5) Ядро атома

4019 К содержит:
1) 19p и 19n;
2) 40p и 19n;
3) 19p и 40n;
4) 19p и 21n.

5. (4). Число протонов соответствует порядковому номеру-19, число нейтронов можно найти вычтя из атомной массы порядковый номер 40-19=21

 

6) Наименьший радиус имеет атом:
1) S; 2)Al; 3)Cl; 4)Ar.

6. (4). Все элементы находятся в одном периоде, а атомные радиусы уменьшаются слева направо. Правее всех в периодической системе находится Ar.

 

7) Наименьший радиус имеет ион:
1)Mg2+;2)S2-; 3)Al3+; 4)Cl—.

7. (3). Все ионы образованы элементами одного периода. Наименьший радиус будет иметь ион Al

3+(он принимает конфигурацию инертного газа неона, также как и Mg2+) за счёт более сильного электростатического взаимодействия ядра с электронами( избыточный положительный заряд +3)

 

8)Наибольший радиус имеет атом:
1)Ba; 2)Mg; 3)Ca; 4)Sr.

8.(1). Все элементы находятся в одной группе, следовательно, число электронных слоёв разное. Чем их больше, тем больше радиус атома. У бария-6. (Число слоёв соответствует номеру периода в котором расположен элемент).

 

9.Электронную конфигурацию внешнего электронного слоя 3s23p6 имеют соответственно атом и ионы:

1)Ar0, Cl—, S2-;
2)Kr0, K+, Ca2+;
3)Ne0, Cl—, Ca2+;
4)Ar0, Cl-, Ba2+.

9.(1). У всех заполнен внешний слой до 8 электронов (s и p-подуровни).

 

10.Число d-электронов у атома серы в максимально возбуждённом состоянии равно:
1)1; 2)2; 3)4; 4)6.

10.(2).Электронная конфигурация третьего слоя серы в невозбуждённом состоянии имеет вид:

В возбуждённом состоянии один из спаренных электронов с 3s и 3p- подуровня переходит переходит на 3d-подуровень:

 

 

11. Распределение электронов в нормальном состоянии в атоме серы по энергетическим уровням соответствует ряду цифр:
1)2,8,6;
2)2,8,8;
3)6,8,8;
4)2,8,2,4.

11. (1).

 

12. Наибольшую электроотрицательность имеет атом:
1) кислорода; 2) серы; 3)селена;4)теллура.

12. (1). Все элементы находятся в одной группе периодической системы. Электроотрицательность сверху вниз уменьшается, т.е. чем выше химический элемент в группе. тем выше электроотрицательность.

 

13. Элементы расположены в порядке убывания восстановительных свойств:
1)Li, Na, K, Rb;
2)Rb, K, Na, Li;
3)Rb, K, Li, Na;
4)Mg, K, Na, Li;

13.

(2). Все элементы расположены в одной группе, а восстановительные свойства сверху вниз по периодической системе возрастают

 

14.Атому фосфора в возбуждённом состоянии соответствует электронная конфигурация внешнего электронного уровня:
1)3s23p3; 2)3s13p33d1;3)3s13p23d2; 4)3s13p13d3

14.(2).

 

15.Чему равно число электронов в атоме кислорода:
1)2; 2)6; 3)8; 4)10.

15.(3).Число электронов в атоме соответствует порядковому номеру химического элемента в периодической системы, порядковый номер кислорода-8.

 

16. Валентные возможности атома хлора в нормальном и возбуждённом состоянии:
1)1, 2, 3, 4; 2)1,2,5,7; 3)1,3,5,7; 4)3,4,5,7.

16.(3).
1)1, 2, 3, 4; 2)1,2,5,7; 3)1,3,5,7; 4)3,4,5,7.

 

17. Какова наивысшая валентность атома серы:
1)2; 2)3; 3)4; 4)6.

17. (4).Сера находится в VI группе, следовательно, высшая валентность равна 6.

 

18.Распределение электронов по энергетическим уровням в ионе Fe3+соответствует ряду чисел:
1)2,8,12,2;
2)2,8,13,0;

3)2,8,11,2;
4)2,8,10,3.

18.(2). В атоме железа распределение электронов следующее: 2,8,14,2. В ионе железа Fe3+ в отличии от атома электронов на 3 меньше. Атом железа их отдал с четвёртого слоя 2, и с третьего-1.
1)2,8,12,2;
2)2,8,13,0;
3)2,8,11,2;
4)2,8,10,3.

 

19.Электронная конфигурация 1s22s22p63s23p6 соответствует частице:
1) Li+; 2)K+; 3)Cs+; 4)Na+.

19. (2). В данной конфигурации 1s22s22p63s23p6 18 электронов, а так как все ионы имеют заряд+1, следовательно, в атоме должно быть 19 электронов. Этим атомом является калий.

1) Li+; 2)K+; 3)Cs+; 4)Na+.

 

20.Число энергетических уровней и число внешних электронов атома фосфора равны соответственно:
1)3,5;
2)5,3;
3)3,3;
4)3,4.

20. (1).Фосфор находится в третьем периоде, следовательно, число слоёв равно 3, и в главной подгруппе пятой группы , значит, число внешних электронов равно 5.
1)3,5;
2)5,3;
3)3,3;
4)3,4.

 

21.Число электронов на внешнем электронном уровне в атоме алюминия:

1)1; 2)2; 3)3; 4)4.

21.(3).

 

22.Два электронных слоя имеются у элементов:
1)Li,Na,K;
2)Na,Mg,Al;
3)Na,Mg,B;
4)B;C;N.

22.(4).Два электронных слоя будет у элементов, находящихся во втором периоде, это B;C;N.

 

23.d-элементами являются:
1) алюминий, бор, фосфор;
2)кремний, фосфор, сера;
3)титан, ванадий, хром;
4)магний, скандий, германий.

23.(3).

 

Одноковшовые экскаваторы

Страницы: 12

Наименьший радиус копания на заданной глубине (Ri) определяется в зависимости от глубины разработки, положения и угла откоса.

Наибольшая глубина копания (Нк) устанавливается до уровня зубьев ковша при наибольшем наклоне стрелы и зависит от величины передвижки (а). Чем меньше глубина копания, тем больше может быть длина передвижки.

Радиус выгрузки ковша (Rp) — это расстояние от оси экскаватора до зубьев ковша при требуемой высоте в тот момент, когда из него начинает высыпаться грунт. У механических экскаваторов с жестко соединенным с рукоятью ковшом разгрузка идет при повороте рукояти от начального до конечного радиуса разгрузки, при этом должно учитываться расположение отвала или кузова транспортных средств. Для гидравлических экскаваторов разгрузка ковша не связана с положением стрелы и рукояти.


Высота выгрузки ковша (hp) — величина, зависящая от Rp и высоты кузова транспортного средства (или отвала) с учетом, запаса между ними и нижней точкой ковша в момент выгрузки, равного 0,1 м.

Экскаватор с рабочим оборудованием драглайн используется для разработки грунтов I—VI групп ниже уровня стояния при рытье котлованов, траншей, каналов, возведении насыпей из резервов, добыче песка и гравия из-под воды с погрузкой грунта в транспорт и работой навымет (рис.

4.5, г). Ковш драглайна подвешен на двух канатах (подъемном и тяговом). Тяговым канатом осуществляют движение ковша (волочение) при наборе грунта, подъемным — подъем ковша. Поднятый ковш удерживается в горизонтальном положении (наклон 10… 15° к горизонту в сторону задней стенки) тяговым канатом. На месте разгрузки тяговый канат ослабляется и ковш опрокидывается.

Рассмотрим основные технологические параметры драглайна (рис. 4.5, д). Радиус габаритной установки (R0) определяется так же, как для прямой и обратной лопат.

Наименьший радиус копания на уровне стоянки: R1 = Z0 + y/tg0   (принимается не меньше Ro + 1м).

Наибольший радиус капания на уровне стоянки: R2 = Rp + Hгtgβ.

Расстояние Hгtgβ называется величиной заброса ковша. Угол Р практически в среднем составляет 7°.

Наименьший радиус копания на уровне дна выемки (R3) зависит от глубины копания и от положения и величины откоса выемки: R3 = R1 – h4/tg0.

Наибольший радиус копания на уровне дна выемки (R4) зависит от положения и длины стрелы, а также от величины заброса:
R4 = R2 + 0,123h4.

Наибольшая глубина разработки (Hmax) — это расстояние от уровня стоянки экскаватора до зубьев ковша, брошенного вниз, при полном использовании длин тягового и подъемного канатов. С учетом необходимости горизонтального перемещения ковша по дну выемки для передвижки экскаватора наибольшую глубину разработки вычисляют при наименьшей величине передвижки (например, 1м).

Наименьшая глубина разработки (Hmin) — это такая глубина, при которой образуется откос длиной lн, обеспечивающий нормальное наполнение ковша грунтом:
Угол откоса 6 зависит от группы грунта по трудоемкости разработки: для I группы 9 = 45°, для II—III групп 0 = 38°, для IV—V групп 6 = 33°, для VI группы 6 = 29°.

Длина передвижки (а) зависит от способа разработки (ширина проходки и место установки экскаватора) и глубины выемки. Она должна быть такой, чтобы с новой стоянки экскаватор мог разработать наиболее удаленные места откоса.

Экскаватор с рабочим оборудованием грейфер используется для разработки грунтов I—III групп, расположенных ниже или выше уровня стояния машины, при отрывке глубоких котлованов с вертикальными стенками, колодцев, траншей, добыче песка и гравия из-под воды, погрузке и разгрузке сыпучих материалов, подаче грунта при обратной засыпке траншей и котлованов. Грейфер применяется на экскаваторах с механическим и гидравлическим приводом. В первом варианте он подвешивается на канатах к стреле драглайна или крана, во втором — имеет гибкую или жесткую подвеску к рукояти. Грейфер с жесткой подвеской состоит из стойки с цилиндром и челюстей ковша. Рассмотрим основные технологические параметры экскаватора, оборудованного грейфером (рис. 4.5, е).

Радиус габаритной установки экскаватора с грейфером (Ro) определяется так же, как для рассмотренных выше экскаваторов.

Наименьший радиус копания на уровне стоянки (R1) зависит от предельных углов поворота стрелы и рукояти, а также от размеров ковша грейфера.

Наибольший радиус копания на уровне стоянки (R2) тоже зависит от линейных размеров элементов рабочего оборудования.

Глубина разработки (Н3) для экскаваторов с механическим приводом определяется длиной подъемного каната и углом наклона стрелы. Для гидравлических экскаваторов опускание ковша осуществляется при наклоне стрелы и Н3 в основном зависит от длины стойки и рабочего хода штока гидроцилиндра. Практически для механических экскаваторов Н3 < 6 м, для гидравлических— h4<10 м.

Какой элемент имеет наибольший радиус?

Последняя обновленная дата: 01 -й апреля 2023

•

Общее представление: 212,4K

•

Просмотр сегодня: 3,87K

Ответ

Проверено

212.4K+ виды

HINT: 9003 \[118\] элементов. В периодической таблице всего семь периодов. Период — это не что иное, как горизонтальные ряды. Всего в периодической таблице восемнадцать групп. Группа есть не что иное, как вертикальный столбец периодической таблицы. В этой периодической таблице есть некоторые периодические тенденции в элементах. Атомный радиус является одним из факторов этой тенденции. Символ франция — \[{\text{Fr}}\]. Атомный номер франция равен \[87\], а массовое число франция равно \[223\].

Полный пошаговый ответ:
Мы должны помнить, что в периодической таблице период атомный радиус элемента в каждом периоде уменьшается слева направо в периоде. В группе периодической таблицы по тренду атомный радиус элемента в каждой группе увеличивается от верхнего до нижнего элемента в группе.
В соответствии с трендом периода каждый первый элемент в каждом периоде имеет самый высокий атомный радиус в этом периоде. В групповом тренде каждый последний элемент в каждой группе имеет самый высокий атомный радиус в этой группе.
Согласно приведенному выше обсуждению, франций является элементом, присутствующим в первом элементе последнего периода.

Следовательно, атомный радиус франция самый большой среди всех элементов периодической таблицы.

Примечание: Мы должны помнить, что атомный радиус каждого элемента зависит от эффективного заряда ядра и экранирующего эффекта внутренних электронов в атомах. Эффективный заряд ядра атома обратно пропорционален атомному радиусу. Если эффективный ядерный заряд атома увеличивается, атомный радиус уменьшается. Если эффективный ядерный заряд атома уменьшается, атомный радиус атома увеличивается. Согласно экранирующему эффекту, экранирующий эффект атома прямо пропорционален атомному радиусу. Если экранирующий эффект атома увеличивается, атомный радиус также увеличивается. Если экранирующий эффект атома уменьшается, атомный радиус атома уменьшается.

Недавно обновленные страницы

В Индии по случаю бракосочетания фейерверк 12 класса химии JEE_Main

Щелочноземельные металлы Ba Sr Ca и Mg могут быть организованы 12 класса химии JEE_Main

Что из следующего имеет самый высокий электродный потенциал Химический класс 12 JEE_Main

Что из следующего является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 Химический класс 12 JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим радиусом атомов Химический класс 11 JEE_Main

Фосфин получают из следующей руды А Кальций класса 12 по химии JEE_Main

В Индии по случаю бракосочетания фейерверков класс 12 по химии JEE_Main

Щелочноземельные металлы Ba Sr Ca и Mg могут быть отнесены к классу 12 по химии JEE_Main

Какой из следующих элементов имеет самый высокий электродный потенциал Химический класс 12 JEE_Main

Что из следующего является истинным пероксидом A rmSrmOrm2 Химический класс 12 JEE_Main

Какой элемент обладает наибольшим атомным радиусом Химический класс 11 JEE_Main

Фосфин получают из следующей руды A Химический класс кальция 12 JEE_Main

Тенденции сомнений

2.

8: Размеры атомов и ионов
  1. Последнее обновление
  2. Сохранить как PDF
  • Идентификатор страницы
    36091

    • Цели обучения

    • Понимать периодические изменения атомных радиусов.
    • Для предсказания относительных размеров ионов в изоэлектронном ряду.

    Хотя некоторые люди попадают в ловушку, представляя атомы и ионы маленькими твердыми сферами, похожими на миниатюрные мячики для настольного тенниса или шарики, квантово-механическая модель говорит нам, что их формы и границы гораздо менее определены, чем предполагают эти изображения. В результате нельзя сказать, что атомы и ионы имеют точные размеры. В этом разделе мы обсудим, как определяются и получаются «размеры» атомов и ионов.

    Atomic Radii

    Вспомните, что вероятность нахождения электрона на различных доступных орбиталях медленно падает по мере увеличения расстояния от ядра. Этот момент показан на рис. 2.8.1, где показан график зависимости полной электронной плотности для всех занятых орбиталей трех инертных газов от их расстояния от ядра. Плотность электронов постепенно уменьшается с увеличением расстояния, что делает невозможным проведение резкой линии, обозначающей границу атома.

    Рисунок 2.8.1: Графики радиальной вероятности как функции расстояния от ядра для He, Ne и Ar. В He 1 с электронов имеют максимальную радиальную вероятность на расстоянии ≈30 пм от ядра. В Ne 1 s электронов имеют максимум при ≈8 пм, а 2 s и 2 p электронов объединяются, образуя еще один максимум при ≈35 пм (оболочка n = 2). В Ar 1 90 107 с 90 108 электронов имеют максимум при ≈2 пм, 2 90 107 с 90 108 и 2 90 107 p электронов объединяются, образуя максимум при ≈18 пм, а 3 s и 3 p электронов объединяются, образуя максимум при ≈70 пм.

    Рисунок 2.8.1 также показывает, что существуют отчетливые пики полной электронной плотности на определенных расстояниях и что эти пики возникают на разных расстояниях от ядра для каждого элемента. Каждый пик на данном графике соответствует электронной плотности в данной основной оболочке. Поскольку гелий имеет только одну заполненную оболочку ( n = 1), он показывает только один пик. Напротив, неон с заполненными n = 1 и 2 главные оболочки, имеет две вершины. Аргон с заполненными n = 1, 2 и 3 основными оболочками имеет три пика. Пик для заполненной оболочки n = 1 приходится на последовательно меньшие расстояния для неона ( Z = 10) и аргона ( Z = 18), поскольку при большем числе протонов их ядра заряжены более положительно, чем что из гелия. Поскольку оболочка 1 s 2 находится ближе всего к ядру, ее электроны очень плохо экранируются электронами в заполненных оболочках с большими значениями n . Следовательно, два электрона в оболочке n = 1 испытывают почти полный ядерный заряд, что приводит к сильному электростатическому взаимодействию между электронами и ядром. Энергия оболочки n = 1 также сильно уменьшается (заполненная орбиталь 1 s становится более стабильной) с увеличением заряда ядра. По аналогичным причинам заполненная оболочка n = 2 в аргоне расположена ближе к ядру и имеет меньшую энергию, чем n = 2 корпуса в неоновом цвете.

    Рисунок 2.8.1 иллюстрирует сложность измерения размеров отдельного атома. Однако, поскольку расстояния между ядрами в парах ковалентно связанных атомов могут быть измерены довольно точно, химики используют эти расстояния в качестве основы для описания приблизительных размеров атомов. Например, известно, что межъядерное расстояние в двухатомной молекуле Cl 2 равно 198 пм. Мы относим половину этого расстояния к каждому атому хлора, давая хлору ковалентный атомный радиус ( r cov ), что составляет половину расстояния между ядрами двух одноименных атомов, соединенных ковалентной связью в одной молекуле, 99 пм или 0,99 Å (часть (а) на рис. 2.8.2). Атомные радиусы часто измеряются в ангстремах (Å), единицах измерения, не входящих в систему СИ: 1 Å = 1 × 10 90 142 −10 90 143 м = 100 пм.

    Рисунок 2.8.2: Определения атомного радиуса. (а) Ковалентный атомный радиус, r cov , равен половине расстояния между ядрами двух одинаковых атомов, соединенных ковалентной связью в одной и той же молекуле, такой как Cl 2 . (b) Металлический атомный радиус r мет равен половине расстояния между ядрами двух соседних атомов в чистом твердом металле, таком как алюминий. (c) Ван-дер-ваальсов атомный радиус r vdW равен половине расстояния между ядрами двух подобных атомов, таких как аргон, которые плотно упакованы, но не связаны. (d) Это изображение ковалентных и ван-дер-ваальсовых радиусов хлора. Ковалентный радиус Cl 2 — это расстояние между двумя атомами хлора в одной молекуле Cl 2 . Радиус Ван-дер-Ваальса — это расстояние между ядрами хлора в двух разных, но соприкасающихся молекулах Cl 2 . Как вы думаете, что больше? Почему?

    В аналогичном подходе мы можем использовать длины одинарных углерод-углеродных связей в органических соединениях, которые удивительно однородны при 154 пм, чтобы присвоить значение 77 пм в качестве ковалентного атомного радиуса для углерода. Если эти значения действительно отражают реальные размеры атомов, то мы должны быть в состоянии предсказать длины ковалентных связей, образованных между различными элементами путем их сложения. Например, мы могли бы предсказать расстояние между углеродом и хлором, равным 77 пм + 99 пм = 176 пм для связи C – Cl, что очень близко к среднему значению, наблюдаемому во многих хлорорганических соединениях. Аналогичный подход к измерению размера ионов обсуждается далее в этом разделе.

    Ковалентные атомные радиусы можно определить для большинства неметаллов, но как химики получают атомные радиусы для элементов, которые не образуют ковалентных связей? Для этих элементов разработано множество других методов. Например, для металла металлический атомный радиус (r соответствует ) определяется как половина расстояния между ядрами двух соседних атомов металла (часть (b) на рис. 2.8.2). Для таких элементов, как благородные газы, большинство из которых не образует стабильных соединений, мы можем использовать так называемый ван-дер-ваальсов атомный радиус (r vdW ), который составляет половину межъядерного расстояния между двумя несвязанными атомами в твердом теле (часть (в) на рисунке 2.8.2). Это несколько затруднительно для гелия, который не образует твердого тела ни при какой температуре. Атом, такой как хлор, имеет как ковалентный радиус (расстояние между двумя атомами в молекуле \(Cl_2\)), так и ван-дер-ваальсов радиус (расстояние между двумя атомами Cl в разных молекулах, например, в \(Cl_2). {2(s)}\) при низких температурах). Эти радиусы обычно не совпадают (часть (d) на рис. 2.8.2).

    Периодические тенденции в атомных радиусах

    Поскольку невозможно измерить размеры как металлических, так и неметаллических элементов с помощью какого-либо одного метода, химики разработали самосогласованный способ расчета атомных радиусов с использованием квантово-механических функций. Хотя значения радиусов, полученные с помощью таких вычислений, не идентичны ни одному из экспериментально измеренных наборов значений, они позволяют сравнивать собственные размеры всех элементов и ясно показывают, что размер атома изменяется периодически (рис. 2.8. 3).

    Рисунок 2.8.3: График периодического изменения атомного радиуса в зависимости от атомного номера для первых шести строк периодической таблицы.

    В периодической таблице радиусы атомов уменьшаются слева направо по строке и увеличиваются сверху вниз по столбцу. Из-за этих двух тенденций самые большие атомы находятся в нижнем левом углу периодической таблицы, а самые маленькие — в верхнем правом углу (рис. 2.8.4).

    Рисунок 2.8.4 Расчетные атомные радиусы (в пикометрах) с -, р — и д -Блочные элементы. Размеры кружков иллюстрируют относительные размеры атомов. Расчетные значения основаны на квантово-механических волновых функциях. Источник: http://www.webelements.com. Web Elements — отличный онлайн-источник для поиска атомарных свойств.

    Примечание

    Атомные радиусы уменьшаются слева направо по строке (точке) и увеличиваются сверху вниз по столбцу (группе или семейству).

    Тенденции в размерах атомов являются результатом различий в эффективные ядерные заряды ( Z эфф ) испытываемые электронами на крайних орбиталях элементов. Для всех элементов, кроме H, эффективный заряд ядра всегда на 90×107 меньше фактического заряда ядра на 90×108 из-за экранирующих эффектов. Чем больше эффективный заряд ядра, тем сильнее внешние электроны притягиваются к ядру и тем меньше радиус атома.

    Атомы во второй строке периодической таблицы (от Li до Ne) иллюстрируют эффект электронного экранирования. У всех заполнено 1 s 2 внутренняя оболочка, но по мере прохождения слева направо по ряду заряд ядра увеличивается с +3 до +10. Хотя к орбиталям 2 s и 2 p добавляются электроны, электронов в одной и той же основной оболочке не очень эффективно экранируют друг друга от ядерного заряда . Таким образом, единственный 2 s электрон в литии испытывает эффективный ядерный заряд примерно +1, потому что электроны в заполненном 1 s 2 оболочка эффективно нейтрализует два из трех положительных зарядов ядра. (Более подробные расчеты дают значение Z эфф = +1,26 для Li.) Напротив, два 2 s электрона в бериллии не очень хорошо экранируют друг друга, хотя заполненные 1 s 2 Оболочка эффективно нейтрализует два из четырех положительных зарядов ядра. Это означает, что эффективный ядерный заряд, испытываемый 2 с электронов в бериллии находится между +1 и +2 (расчетное значение равно +1,66). Следовательно, бериллий значительно меньше лития. Точно так же, когда мы продвигаемся по ряду, увеличивающийся ядерный заряд не эффективно нейтрализуется электронами, присоединяющимися к орбиталям 2 90 107 s 90 108 и 2 90 107 p 90 108 . Результатом является устойчивое увеличение эффективного заряда ядра и устойчивое уменьшение атомного размера.

    Рисунок 2.8.5 Атомный радиус элементов. Атомный радиус элементов увеличивается по мере продвижения справа налево по периоду и по мере спуска по периодам в группе.

    Увеличение размера атомов вниз по столбцу также происходит из-за электронного экранирования, но ситуация более сложная, поскольку главное квантовое число n непостоянно. Как мы видели в главе 2, размер орбиталей увеличивается по мере увеличения n , при условии, что заряд ядра остается тем же самым . В группе 1, например, размер атомов существенно увеличивается вниз по колонке. На первый взгляд может показаться разумным приписать этот эффект последовательному присоединению электронов к нс орбиталей с возрастающими значениями n . Однако важно помнить, что радиус орбитали резко зависит от заряда ядра. По мере того, как мы спускаемся по столбцу элементов группы 1, главное квантовое число n увеличивается с 2 до 6, а заряд ядра увеличивается с +3 до +55!

    Как следствие, радиусы нижних электронных орбиталей в цезии намного меньше, чем в литии, и электроны на этих орбиталях испытывают гораздо большую силу притяжения к ядру. Эта сила зависит от эффективного ядерного заряда, испытываемого внутренними электронами. Если бы самые внешние электроны в цезии испытали полный ядерный заряд +55, атом цезия действительно был бы очень маленьким. На самом деле эффективный ядерный заряд, ощущаемый внешними электронами цезия, намного меньше, чем ожидалось (6, а не 55). Это означает, что цезий с 6 s 1 конфигурация валентных электронов намного больше, чем у лития, с конфигурацией валентных электронов 2 s 1 . Эффективный заряд ядра относительно мало меняется для электронов на самой внешней, или валентной, оболочке от лития к цезию, потому что электронов в заполненных внутренних оболочках очень эффективно экранируют электроны во внешних оболочках от ядерного заряда . Несмотря на то, что цезий имеет ядерный заряд +55, он имеет 54 электрона в своей заполненной 19.0107 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 6 4 s 2 3 d 10 4 P 6 5 S 2 4 D 10 5 P 6 Shells, сокращено как [XE] 5 S 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2

    42 2

    42 2 2

    43

    43. 6 , которые эффективно нейтрализуют большинство из 55 положительных зарядов ядра. Та же динамика отвечает за неуклонное увеличение размера, наблюдаемое по мере того, как мы спускаемся по другим столбцам периодической таблицы. Неравномерности обычно можно объяснить изменениями эффективного заряда ядра.

    Примечание

    Электроны в одной и той же основной оболочке не очень эффективно экранируют друг друга от ядерного заряда, тогда как электроны в заполненных внутренних оболочках очень эффективно экранируют электроны на внешних оболочках от ядерного заряда.

    Пример 2.8.1

    На основании их положения в периодической таблице расположите эти элементы в порядке возрастания атомного радиуса: алюминий, углерод и кремний.

    Дано: три элемента

    Запрос: расположить в порядке возрастания атомного радиуса

    Стратегия:

    1. Определить расположение элементов в периодической таблице. Определить относительные размеры элементов, находящихся в одном столбце, по их главному квантовому числу n . Затем определите порядок элементов в том же ряду по их эффективным зарядам ядер. Если элементы не находятся в одном столбце или строке, используйте парные сравнения.
    2. Перечислите элементы в порядке увеличения атомного радиуса.

    Решение:

    A Эти элементы не находятся в одном столбце или строке, поэтому мы должны использовать попарные сравнения. Углерод и кремний находятся в группе 14, а углерод лежит выше, поэтому углерод меньше кремния (C < Si). Алюминий и кремний находятся в третьем ряду, а алюминий находится слева, поэтому кремний меньше алюминия (Si < Al), потому что его эффективный ядерный заряд больше. B Объединение двух неравенств дает общий порядок: C < Si < Al.

    Упражнение 2.8.1

    На основании их положения в периодической таблице расположите эти элементы в порядке возрастания размера: кислород, фосфор, калий и сера.

    Ответ:
    О < С < Р < К

    Ионные радиусы и изоэлектронные серии

    Ион образуется, когда один или несколько электронов удаляются от нейтрального атома (катионы) с образованием положительного иона или когда дополнительные электроны присоединяются к нейтральным атомам (анионам) с образованием отрицательного . Обозначения катион или анион произошли от ранних экспериментов с электричеством, которые обнаружили, что положительно заряженные частицы притягиваются к отрицательному полюсу батареи, катоду, а отрицательно заряженные частицы притягиваются к положительному полюсу, аноду.

    Ионные соединения состоят из регулярно повторяющихся рядов чередующихся положительно заряженных катионов и отрицательно заряженных анионов. Хотя невозможно непосредственно измерить ионный радиус по той же причине, по которой невозможно непосредственно измерить радиус атома, возможно измерить расстояние между ядрами катиона и соседнего аниона в ионном соединении. определить ионный радиус (радиус катиона или аниона) одного или обоих. Как показано на рис. 2.8.6, межъядерное расстояние соответствует сумма радиусов катиона и аниона. Было разработано множество методов для пропорционального деления экспериментально измеренного расстояния между катионом меньшего размера и анионом большего размера. Эти методы производят наборы ионных радиусов, которые внутренне согласованы от одного ионного соединения к другому, хотя каждый метод дает несколько разные значения. Например, радиус иона Na + практически одинаков в NaCl и Na 2 S, если для его измерения используется один и тот же метод. Таким образом, несмотря на незначительные различия, обусловленные методологией, можно наблюдать определенные тенденции.

    Рисунок 2.8.6: Определение ионного радиуса. (а) Межъядерное расстояние распределяется между соседними катионами (положительно заряженными ионами) и анионами (отрицательно заряженными ионами) в ионной структуре, как показано здесь для Na + и Cl — в хлориде натрия. (б) Это изображение контуров электронной плотности для одной плоскости атомов в структуре NaCl показывает, как линии соединяют точки с одинаковой электронной плотностью. Обратите внимание на относительные размеры изолиний электронной плотности вокруг Cl 9.0142 — и Na + .

    Сравнение ионных радиусов с атомными радиусами (рис. 2.8.7) катион, потерявший электрон, всегда меньше своего исходного нейтрального атома, а анион, получив электрон, всегда больше исходного нейтрального атома . Когда один или несколько электронов удаляются из нейтрального атома, происходят две вещи: (1) отталкивание между электронами в одной и той же основной оболочке уменьшается, потому что присутствует меньше электронов, и (2) эффективный ядерный заряд, ощущаемый оставшимися электронами, увеличивается, потому что меньше электронов, чтобы экранировать друг друга от ядра. Следовательно, размер области пространства, занятой электронами, уменьшается (сравните Li на 167 пм с Li + в 19:00). Если для образования ионов с разными зарядами можно удалить разное количество электронов, ион с наибольшим положительным зарядом будет наименьшим (сравните Fe 2 + при 78 пм с Fe 3 + при 64,5 пм). И наоборот, добавление одного или нескольких электронов к нейтральному атому вызывает увеличение электрон-электронного отталкивания и уменьшение эффективного заряда ядра, поэтому размер вероятностной области увеличивается (сравните F при 42 пм с F − , 133:00).

    Рисунок 3.7. Источник: данные по ионному радиусу из Р. Д. Шеннон, «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах», Acta Crystallographica 32, №. 5 (1976): 751–767.

    Примечание

    Катионы на всегда на меньше нейтрального атома, а анионы на всегда на больше.

    Поскольку большинство элементов образуют либо катион, либо анион, но не то и другое вместе, существует мало возможностей для сравнения размеров катиона и аниона, полученных из одного и того же нейтрального атома. Однако некоторые соединения натрия содержат Na — , что позволяет сравнить его размер с размером гораздо более известного иона Na + , который встречается в многих соединениях . Радиус натрия в каждой из трех известных степеней окисления приведен в таблице 2.8.1. Все три вида имеют ядерный заряд +11, но они содержат 10 (Na + ), 11 (Na 0 ) и 12 (Na — ) электронов. Ион Na + значительно меньше нейтрального атома Na, поскольку 3 s 1 электрона было удалено, чтобы образовалась закрытая оболочка с n = 2. Ион Na − больше, чем исходный атом Na, потому что дополнительный электрон создает конфигурацию 3 s 2 валентного электрона, в то время как заряд ядра остается прежним.

    33
    Таблица 2.8.1: Экспериментально измеренные значения радиуса натрия в его трех известных степенях окисления
    На + Нет данных 0 На −
    Электронная конфигурация 1 с 2 2 с 2 2 р 6 1 с 2 2 с 2 2 р 6 3 с 1 1 с 2 2 с 2 2 р 6 3 с 2
    Радиус (м) 102 154* 202 †
    *Металлический радиус, измеренный для Na(s).
    †Источник: М. Дж. Вагнер и Дж. Л. Дай, «Алкалиды, электриды и расширенные металлы», Ежегодный обзор материаловедения 23 (1993): 225–253.

    Ионные радиусы имеют ту же вертикальную тенденцию, что и атомные радиусы; то есть для ионов с одинаковым зарядом ионный радиус увеличивается вниз по столбцу. Причина та же, что и для атомных радиусов: экранирование заполненными внутренними оболочками мало изменяет эффективный заряд ядра, ощущаемый внешними электронами. Снова главные оболочки с большими значениями n лежат на последовательно больших расстояниях от ядра.

    Поскольку элементы в разных столбцах склонны образовывать ионы с разными зарядами, невозможно сравнивать ионы с одинаковым зарядом в ряду таблицы Менделеева. Вместо этого элементы, которые находятся рядом друг с другом, имеют тенденцию образовывать ионы с одинаковым количеством электронов, но с разными общими зарядами из-за их разных атомных номеров. Такой набор видов известен как изоэлектронный ряд. Например, изоэлектронный ряд частиц с конфигурацией закрытой оболочки неона (1 S 2 2 S 2 2 P 6 ) показан в таблице 7.3

    . + . Все шесть ионов содержат по 10 электронов на орбиталях 1 s , 2 s и 2 p , но заряд ядра варьируется от +7 (N) до +13 (Al). Поскольку положительный заряд ядра увеличивается, а число электронов остается прежним, между электронами и ядром возникает большее электростатическое притяжение, что вызывает уменьшение радиуса. Следовательно, ион с наибольшим ядерным зарядом (Al 3 + ) является самым маленьким, а ион с наименьшим ядерным зарядом (N 3− ) является самым большим. Атом неона в этом изоэлектронном ряду не указан в табл. 2.8.3, поскольку неон не образует ни ковалентных, ни ионных соединений и, следовательно, его радиус трудно измерить.

    Таблица 2. 8.3 Радиус ионов с закрытой электронной конфигурацией неона. Источник: Р. Д. Шеннон, «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах», Acta Crystallographica 32, no. 5 (1976): 751–767.

    Ион Радиус (м) Атомный номер
    С 3- 146 7
    О 2- 140 8
    Ф − 133 9
    № + 98 11
    Мг 2 + 79 12
    Ал 3 + 57 13

    Пример 2. 8.2

    На основании их положения в периодической таблице расположите эти ионы в порядке увеличения радиуса: Cl — , К + , S 2 — и Se 2 — .

    Дано: четыре иона

    Запрошено: упорядочение по возрастанию радиуса

    Стратегия:

    1. Определите, какие ионы образуют изоэлектронный ряд. Из этих ионов предскажите их относительные размеры на основе их ядерных зарядов. Для ионов, не образующих изоэлектронный ряд, определите их положение в периодической таблице.
    2. Определите относительные размеры ионов на основе их главных квантовых чисел и и их расположение в ряду.

    Решение:

    A Мы видим, что S и Cl находятся справа в третьей строке, а K и Se — в крайнем левом и правом концах четвертой строки соответственно. K + , Cl — и S 2 — образуют изоэлектронный ряд с закрытой электронной конфигурацией [Ar]; то есть все три иона содержат 18 электронов, но имеют разные заряды ядер. Поскольку K + имеет наибольший ядерный заряд ( Z = 19), его радиус наименьший, а S 2− с Z = 16 имеет наибольший радиус. Поскольку селен находится непосредственно под серой, мы ожидаем, что ион Se 2– будет даже больше, чем S 2– . B Следовательно, порядок должен быть K + < Cl − < S 2− < Se 2− .

    Упражнение 2.8.2

    Основываясь на их позициях в периодической таблице, расположите эти ионы в порядке увеличения размера: Br — , Ca 2 + , Rb + и Sr 2 + .

    Ответ:
    Ca 2 + < Sr 2 + < Rb + < Br −

    Резюме

    Ионные радиусы имеют ту же вертикальную тенденцию, что и атомные радиусы, но горизонтальные тенденции различаются из-за различий в зарядах ионов.

    Разработано множество методов для измерения размера отдельного атома или иона. covalent atomic radius ( r cov ) is half the internuclear distance in a molecule with two identical atoms bonded to each other, whereas the metallic atomic radius ( r met ) определяется как половина расстояния между ядрами двух соседних атомов в металлическом элементе. Радиус Ван-дер-Ваальса ( r vdW ) элемента равен половине межъядерного расстояния между двумя несвязанными атомами в твердом теле. Атомные радиусы уменьшаются слева направо по ряду из-за увеличения эффективного заряда ядра из-за плохого экранирования электронов другими электронами в той же основной оболочке. Более того, атомные радиусы увеличиваются сверху вниз по столбцу, потому что эффективный заряд ядра остается относительно постоянным по мере увеличения главного квантового числа.