- Volum i ràdio atòmics
- fórmula addicional
- Com varia el volum atòmic en la taula periòdica?
- Volums atòmics dels metalls de transició
- exemples
- exemple 1
- exemple 2
- referències
El volum atòmic és un valor relatiu que indica la relació entre la massa molar d'un element i la seva densitat. Llavors, aquest volum depèn de la densitat de l'element, i la densitat depèn al seu torn de la fase i de com s'ordenen els àtoms dins d'aquesta.
De manera que el volum atòmic per a un element Z no és igual en una altra fase diferent de la que exhibeix a temperatura ambient (líquida, sòlida o gasosa), o quan forma part de determinats compostos. Així, el volum atòmic Z en el compost ZA és diferent a el del Z en el compost ZB.
Per què? Per comprendre-cal comparar els àtoms amb, per exemple, unes bales. Les bales, com les blavoses de la imatge superior, tenen molt ben definides seva frontera material, la qual s'observa gràcies a la seva brillant superfície. En canvi, la frontera dels àtoms és difusa, encara que puguin considerar-se remotament esfèrics.
Així, el que determina un punt més enllà de la frontera atòmica és la probabilitat nul·la de trobar un electró, i aquest punt pot estar més lluny o més a prop de el nucli depenent de quants àtoms vesins interactuen al voltant de l'àtom en consideració.
Volum i ràdio atòmics
A l'interaccionar dos àtoms H en la molècula H 2, les posicions dels seus nuclis estan definides així com les distàncies entre aquests (distàncies internucleares). Si els dos àtoms són esfèrics, el radi és la distància entre el nucli i la frontera difusa:
A la imatge superior es pot apreciar com la probabilitat de trobar un electró decreix conforme s'allunya de l'nucli. Dividint llavors entre dues la distància internuclear, s'obté el radi atòmic. Seguidament, assumint una geometria esfèrica per als àtoms, es recorre a la fórmula per calcular el volum d'una esfera:
V = (4/3) (Pi) r 3
En aquesta expressió r és el radi atòmic determinat per la molècula d'H 2. El valor de V calculat per aquest mètode poc precís pot canviar si, per exemple, es considerés H 2 en estat líquid o metàl·lic. No obstant això, aquest mètode és molt inexacte pel fet que les formes dels àtoms s'allunyen molt de l'esfera ideal en les seves interaccions.
Per determinar els volums atòmics en els sòlids es tenen en compte moltes variables relatives a l'arranjament, i que s'obtenen per estudis de difracció de raigs X.
fórmula addicional
La massa molar expressa la quantitat de matèria que posseeix un mol d'àtoms d'un element químic.
Les seves unitats són g / mol. D'altra banda, la densitat és el volum que ocupa un gram de l'element: g / ml. A causa de que les unitats de l'volum atòmic són ml / mol, cal jugar amb les variables per arribar a les unitats desitjades:
(G / mol) (ml / g) = ml / mol
O el que és igual:
(Massa molar) (1 / D) = V
(Massa molar / D) = V
Així, fàcilment es pot calcular el volum d'un mol d'àtoms d'un element; mentre que amb la fórmula de l'volum esfèric es calcula el volum d'un àtom individual. Per arribar a aquest valor a partir d'el primer cal una conversió a través de l'nombre d'Avogadro (6,02 · 10 -23).
Com varia el volum atòmic en la taula periòdica?
Si els àtoms es consideren esfèrics, llavors la seva variació serà la mateixa que s'observa en els radis atòmics. A la imatge superior, que mostra dels elements representatius, es il·lustra que de dreta a esquerra els àtoms empetiteixen; en canvi, de dalt a baix aquests es tornen més voluminosos.
Això es deu al fet que en un mateix període el nucli incorpora protons conforme es desplaça a la dreta. Aquests protons exerceixen sobre els electrons externs una força d'atracció, els quals senten una càrrega nuclear efectiva Z ef, menor a la càrrega nuclear real Z.
Els electrons de les capes internes repel·leixen als de la capa externa, disminuint l'efecte de l'nucli sobre aquests; això es coneix com l'efecte pantalla. En un mateix període l'efecte pantalla no aconsegueix contrarestar l'augment de el nombre de protons, de manera que els electrons de la capa interna no impedeixen la contracció dels àtoms.
No obstant això, a l'descendir en un grup s'habiliten nous nivells energètics, els quals permeten que els electrons orbiten més allunyats de l'nucli. Així mateix, s'incrementen el nombre d'electrons de la capa interna, els efectes d'apantallament es comença a veure disminuït si el nucli torna a sumar protons.
Per aquestes raons s'aprecia que el grup 1A té els àtoms més voluminosos, a diferència dels àtoms petits de el grup 8A (o 18), el dels gasos nobles.
Volums atòmics dels metalls de transició
Els àtoms dels metalls de transició incorporen electrons als orbitals interns d. Aquest increment de l'efecte pantalla i, així com de la càrrega nuclear real Z, s'anul·len gairebé igualitàriament, pel que els seus àtoms conserven la mida similars en un mateix període.
En altres paraules: en un període, els metalls de transició exhibeixen volums atòmics similars. No obstant això, aquestes petites diferències són enormement significatives a l'hora de definir els vidres metàl·lics (com si fossin bales metàl·liques).
exemples
Estan disponibles dues fórmules matemàtiques per calcular el volum atòmic d'un element, cadascuna amb els seus exemples corresponents.
exemple 1
Atès el radi atòmic de l'hidrogen -37 pm (1 picòmetre = 10 -12 m) - i de l'cesi -265 pm-, calculi els seus volums atòmics.
Recorrent a la fórmula de l'volum esfèric, es té llavors:
V H = (4/3) (3.14) (37 pm) 3 = 212,07 pm 3
V Cs = (4/3) (3.14) (265 pm) 3 = 77.912.297,67 pm 3
No obstant això, aquests volums expressats en picòmetres resulten exorbitants, de manera que es transformen en unitats de àngstroms, multiplicant-los per el factor de conversió (1a / 100pm) 3:
(212,07 pm 3) (1a / 100pm) 3 = 2,1207 × 10 -4 Å 3
(77.912.297,67 pm 3) (1a / 100pm) 3 = 77,912 Å 3
Així, queden numèricament evidenciades les diferències de grandària entre el petit àtom d'H i el voluminós àtom de Cs. Cal tenir en compte que aquests càlculs no són més que aproximacions sota l'afirmació que un àtom és totalment esfèric, la qual divaga enfront de la realitat.
exemple 2
La densitat de l'or pur és de 19,32 g / ml i la seva massa molar és 196,97 g / mol. Aplicant la fórmula M / D per calcular el volum d'un mol d'àtoms d'or es té el següent:
V Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / ml) = 10,19 mL / mol
És a dir, que 1 mol d'àtoms d'or ocupa 10,19 ml, però quin volum ocupa un àtom d'or específicament? I com expressar-ho en unitats de pm 3 ? Per això senzillament n'hi ha prou amb aplicar els següents factors de conversió:
(10,19 ml / mol) · (mol / 6,02 · 10 -23 àtoms) · (1 m / 100 cm) 3 · (1 pm / 10 -12 m) 3 = 16,92 · 10 6 pm 3
D'altra banda, el radi atòmic de l'or és 166 pm. Si es comparen els dos volums -el obtingut pel mètode anterior i el que es calcula amb la fórmula de l'volum esférico- es trobarà que no tenen el mateix valor:
V Au = (4/3) (3.14) (166 pm) 3 = 19,15 · 10 6 pm 3
¿Quin dels dos s'acosta més a la valor acceptat? Aquell que és més proper als resultats experimentals obtinguts per difracció de raigs X de l'estructura cristal·lina de l'or.
referències
- Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (09 de desembre del 2017). Atomic Volume Definition. Recuperat el 06 de juny de 2018, de: thoughtco.com
- Mayfair, Andrew. (13 de març del 2018). How to Calculate the Volume of an Atom. Sciencing. Recuperat el 06 de juny de 2018, de: sciencing.com
- Wiki Kids Ltd (2018). Lothar Meyer Atomic Volume Curves. Recuperat el 06 de juny de 2018, de: wonderwhizkids.com
- Lumen. Periodic Trends: Atomic Radius. Recuperat el 06 de juny de 2018, de: courses.lumenlearning.com
- Camilo J. Derpich. Volum i Densitat atòmica. Recuperat el 06 de juny de 2018, de: es-puraquimica.weebly.com
- Whitten, Davis, Peck & Stanley. Química. (8va ed.). Cengage Learning, pàg 222-224.
- CK-12 Foundation. (22 de febrer de 2010). Comparative atomic sizes.. Recuperat el 06 de juny de 2018, de: commons.wikimedia.org
- CK-12 Foundation. (22 de febrer de 2010). Atomic radius of H 2.. Recuperat el 06 de juny de 2018, de: commons.wikimedia.org