原子体积

更新时间:2022-06-30

原子体积即原子的原子量与该元素在固态时的密度之比。原子体积是摩尔原子的体积,可由相对原子质量除以密度得到,其单位为立方厘米摩尔原子。

基本信息

外文名atomic volume
释义原子量与固态时的密度之比
原子半径共价、范德华和金属原子半径
状态绝对零度和常压
单位立方厘米每摩尔原子

简介

晶体中每一个原子所占据的空间,其数值等于晶胞体积除以晶胞原子数之商。原子体积的数值较原子半径稳定,应用也比较方便。

原子体积是摩尔原子的体积,可由相对原子质量除以密度得到:原子体积=相对原子质量÷密度。其单位为。为便于互相比较,设定固体元素的原子体积为在绝对零度(用外推法计算)和常压下的情况。在常温下是气态的元素,采用沸点时的液体的密度。原子体积与相对原子质量之间呈现的周期性关系早在1869年已被勒迈尔所发现,并提出了原子体积曲线。目前见之于无机化学专著中的现代元素原子体积曲线图是经过很多实验修改和充实而比较完善。

原子半径

原子中的电子并不是在离核某一特定距离就完全消失得干干净净,而是逐渐地向外蔓延出去,只是达到离核相当远处趋向于零,并没有一个确切的界限,因此很难给原子半径下一个确切的定义。一般就把核到最外层电子的平均距离定义为原子半径,可以看出原子半径是个近似值,具有相对的概念。将原子半径分为:共价半径、范德华半径和金属原子半径。

共价半径

共价半径的键长是构成这一共价键的两个原子的核间距离,相同原子的共价键长的一半,就是共价半径(),它包括单键共价半径和多元共价半径。在大多数情况下,不同分子或晶体以相同键型相连接的两个原子A和B的平衡距离都近似相等。如甲醇乙醇甲醚等化合物中C一0单键键长都是1.43埃,这种性质称为键长的相对稳定性。此外,同种键型的键长还具有加和性图,由此可推求出不同元素形成共价化合物的键长。同种原子在不同结合状态或不同排列状态下测得的数据也不同,两原子间的键级越高,其共价半径越短。一般双键约为单键的85一90%,叁键约为75一80%。

范德华半径

分子晶体中两个相同种类的原子,不是以化学键相结合,而是以分子间作用力(范德华力)相互作用使其最接近时,两个原子核间距的一半就是范德华半径。例如稀有气体在低温下形成单原子分子晶体中,原子间没有化学键而只有范德华力,因此稀有气体的原子半径不是共价半径,而是范德华半径。

金属原子半径

如果把金属晶体看成是由等径球状的金属原子堆积而成的,相邻两个原子彼此是互相接触的,则它们核间距(d)的一半,就是该原子的金属半径。用X一射线衍射法测得金属晶体的晶胞参数,结合其点阵型式就容易计算紧邻金属原子间的距离,其一半数值即为金属的原子半径。如由X一射线结构分析确定金属铜属于A:构型,晶胞参数埃,根据结构内在几何关系可求得最近铜原子间距为2.556埃,铜原子半径1.278埃。原子间的接触距离与原子配位数有关,配位数越高,半径越大。一般以配位数为12的紧密堆积方式为标准。

影响原子体积大小的因素

原子半径被认为是最外层电子到核的平均距离,因而影响半径的因素是很多的,概括下有以下几方面:

(1)核外电子层的数目,即主量子数n与半径r的关系:,电子层数或n的数值越大,半径越大;

(2)核电荷,由于核电荷越大,对核外电子吸引越强,最外层电子至核的平均距离就小,半径就小。所以成反比例关系

(3)核外电子间斥力f。由于电子间斥力越大,电子间排斥越厉害,最外层电子就可被排斥而离核更远,半径就越大,所以成正比例关系;

(4)内层电子的屏蔽作用(内)。内层电子对最外层电子屏蔽越大,有效核电荷越小,核对最外层电子的吸引力就小,半径就大。所以内也是成正比例关系;

(5)化学键型(几重键)。对于同一元素的共价半径:。重键度越大,半径越小;

(6)测定方法。即不同原子半径,对于同一元素:。

原子体积的变化规律

主族元素:

同一周期的主族元素从左到右,有效核电荷数显著增加,电子层(n)并不增加,核对外层电子的引力增强,使得外层电子向里收缩,导致原子半径r明显减小;同一族的主族元素,从上到下,有效核电荷数增加不多,由于电子层数(n)增加,使得原子半径增加显著。

过渡元素:

同一周期的过渡元素从左至右,由于有效核电荷数增加不多,原子半径减小比较慢,不如主族那么显著。但当次外层的d轨道全部充满形成18电子构型时,原子半径忽然增大。这是由于(n一l)d轨道全部充满后对外层电子屏蔽作用较大,使。核对电子引力减弱所引起的;同一族的过渡元素从上至下,原子半径变化趋势及原因与主族类似,但要注意斓系收缩后的影响。

镧系收缩

随原子序数的递增,镧系元素原子核对外层电子的有效核电荷数略有增加,使镧系元素原子半径略有收缩。整个镧系元素随原子序数递增原子半径缩小的现象称为镧系收缩


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