نصف قطر الذرة ونصف قطر الأيون
- تعريف نصف قطر الذرة
- كيف يتغير نصف قطر الذرة في الجدول الدوري؟
- نصف قطر الأيون
- مقارنة نصف قطر الأيون بنصف قطر ذرته
أولا- نصف قطر الذرة (Atomic radius)
أظهرت النظرية الموجية أنه لايمكن تحديد موقع إلكترون حول النواة بالضبط ، وبالتالي يكون نصف قطر الذرة غير محدود، ولا يمكن قياسه فيزيائياً. لذا يكون من الخطأ أن نعرف نصف قطر الذرة بأنه المسافة من النواة إلى أبعد إلكترون .
يُعرَّف نصف قطر الذرة بأنَّه:
نصف المسافة بين مركزي ذرتين متماثلتين في جزيئ ثنائي الذرة.
ومثال ذلك:
نصف قطر ذرة الكلور هو نصف المسافة التي تفصل بين نواتي ذرتين متجاورتين من ذرات الكلور.
والمسافة التي تفصل بين هاتين النواتين تساوي 0.198 نانومتر
وعلى ذلك فإنَّ:
نصف قطر ذرة الكلور= 0.198/2=0.099نانومتر=0.99 انغستروم.
الأن لو سألنا كيف يتغير نصف قطر الذرة في الجدول الدوري؟
1- على صعيد الأدوار الأفقية :
نلاحظ أن قيم أنصاف أقطار الذرات تقلُّ كلما اتجهنا ناحية اليمين
أي كلما بدأنا من الفصيلة الأولى واتجهنا إلى الفصيلة الصفرية (الغاز الخامل) لنفس الدور.
ويرجع ذلك إلى زيادة الشحنة الموجبة تدريجياً، فيزداد جذب النواة موجبة الشحنة لإلكترونات التكافؤ، مما يؤدي إلى تقلص نصف قطر الذرة .
أي أن الحجم الذري يقل خلال الدور كلما اتجهنا ناحية اليمين، حيث أن أكبر الذرات حجماً في الدور الواحد هي ذرات عناصر المجموعة الأولى، وأصغرها حجماً هي ذرات عناصر المجموعة السابعة(الهالوجينات).
2- على صعيد الفصائل العمودية:
يزداد نصف قطر الذرة كلما اتجهنا نحو الأسفل في الفصيلة نفسها.
ويرجع ذلك إلى زيادة عدد مستويات الطاقة في الذرة.
كما أن مستويات الطاقة الممتلئة تعمل على حجب تأثير النواة موجبة الشحنة في الإلكترونات الخارجية.
نصف قطر الأيون (Ionic radius)
ينطبق التفسير الخاص بأنصاف أقطار الذرات على أنصاف أقطار الأيونات حيث يزداد نصف قطر الأيون ( كاتيون أو أنيون)
كلما انتقلنا في المجموعة الواحدة من الأعلى إلى الأسفل، أي أن أنصاف أقطار المعادن القلوية يمكن ترتيبها كما يلي :
+Li+ < Na+ < K
وكذلك بالنسبة لأيونات الهالوجينات السالبة:
-F- < Cl- < Br- < I
وبالنسبة للدور الواحد نجد أنه بمقارنة قيم أنصاف أقطار الأيونات الموجبة فإنها تقل كلما انتقلنا من اليسار إلى اليمين أي أن :
Na+ < Mg+2 < Al+3
وكذلك الحال لدى مقارنة الأيونات السالبة بعضها ببعض للدور نفسه :
-Se-2 > Br- , S-2 > Cl
مقارنة نصف قطر الأيون بنصف قطر ذرته:
عند مقارنة نصف قطر الأيون بنصف قطر الذرة التي اشتق منها الايون نجد أن:
1- على صعيد الأيونات الموجبة (الكاتيونات).
نصف قطر الايون الموجب (الكاتيون) أصغر من نصف قطر ذرته .
مثال ذلك:
نصف قطر كاتيون الصوديوم +Na هو 0.95 Aْ وهو أصغر من نصف قطر ذرة الصوديوم Na وهو 1.86 Aْ.
يمكن تفسير صغر نصف قطر الكاتيون مقارنة بنصف قطر الذرة (غير المتأينة) بأن الإلكترونات الخارجية في الكاتيون تنجذب أكثر إلى البروتونات الموجودة بالنواة والتي أصبح عددها يفوق عدد الإلكترونات الكلية في الكاتيون، مما يجعل نصف قطر الكاتيون أصغر من نصف قطر الذرة المتعادلة .
2- على صعيد الأيونات السالبة (الأنيونات)
نصف قطر الأيون السالب (الانيون) أكبر من نصف قطر ذرته.
مثال ذلك: نصف قطر أنيون الكلور - Cl يساوي 1.81 Aْ وهو أكبر من نصف قطر ذرة الكلور Cl والذي يساوي 0.99 Aْ
يمكن تفسير كبر نصف قطر الأنيون عن نصف قطر الذرة (غير متأينة) بأن وجود إلكترونات زائدة يزيد من التنافر بين الإلكترونات الخارجية، مما يتسبب في زيادة نصف قطر الأنيون .
3- على صعيد مقارنة الأيونات الموجبة و السالبة الواقعة في نفس الدور :
عند المقارنة بين الأيونات الموجبة والسالبة الواقعة في نفس الدور في الجدول الدوري الحديث بعضها ببعض، نجد أن الأنيونات تكون دائماً أكبر حجماً من الكاتيونات الواقعة في الدور نفسه.
فمثلاً إن نصف قطر أنيون الكلور - Cl هو 1.81 Aْ وإن نصف قطر كاتيون الصوديوم +Na هو 0.95 Aْ ، أي أن أيون الكلور يصل حجمه إلى ضعف حجم أيون الصوديوم.
ولذلك فإن مركب كلوريد الصوديوم وهو مركب ايوني تشغل فيه الأنيونات السالبة أكبر جزء من تشكيله البلوري.