Атомни и йонни радиуси

В това видео ще разгледаме атомните и йонните радиуси. Нека започнем с атомния радиус. Ако помислиш за атома като за сфера, идеята за атомния радиус е проста. Просто ще приемеш това за сфера, а после една сфера, разбира се, ще има фиксиран и определен радиус. Това един начин да мислим за атомните радиуси. Проблемът е, че един атом всъщност няма фиксиран и определен радиус, както при този пример със сферата. Електронът има ядро и електронен облак, или вероятността на даденото място да се намира електрон. Така че няма реална, ясно определена граница и е трудно да имаме фиксиран и определен радиус. Какво правят химиците? Взимат два идентични атома. Да кажем, че това са два свързани атома, един и същи елемент. Да кажем, че това тук са техните ядра. Да измерим разстоянието между тези две ядра, това ще е разстоянието d между тези две ядра. Ако вземеш половината от това разстояние, това ще е добро приблизително изчисление за атомния радиус на един от тези атоми. И това е идеята зад определението за атомните радиуси. Нека разгледаме моделите за атомния радиус и първо ще започнем с груповите модели. Тук имаме два елемента, които се намират в група 1 – водород и литий. И нека първо скицираме атомите. Започваме с водорода, който има атомно число 1, което означава, че в ядрото има един протон. Това е ядрото ни за водорода – 1 протон. В един неутрален атом броят протони е равен на броя електрони, следователно трябва да има един електрон. Скицираме електрона си. Ще направим нещата много прости, като просто покажем тази опростена версия на атома, въпреки че той не изглежда точно така. И стигаме до лития, атомно число 3, което означава, че в ядрото на лития има 3 протона. Това представлява ядрото на лития с три протона и трите електрона. Два от тези електрона са във вътрешния слой. Нека покажа два от електроните на лития във вътрешния слой, това ще е първото ни енергийно ниво. И после трябва да включим още един. Третият електрон на лития е във второто енергийно ниво или, в този пример, във външния слой. И тук имаме два атома. Можеш да видиш, че като слезеш с една група надолу, тогава атомният радиус ще се увеличи. И това е, понеже като слезеш с една група надолу, добавяш електрони в по-високи енергийни нива, които са по-отдалечени. В този случай добавихме този електрон към по-високо енергийно ниво, което е по-отдалечено от ядрото, което означава, че атомите, разбира се, ще стават по-големи и по-големи, тъй като добавяш повече неща към тях. Това е проста идея. Нека разгледаме моделите на периодите. Докато преминаваш към следващия период, докато вървиш в тази посока, атомният радиус всъщност намалява. Да видим дали можем да разберем защо, като отново начертаем няколко прости изображения на атомите. Литий с атомно число 3, вече говорихме за това. Има 3 протона в ядрото на лития. Ще запиша това тук. 3 положителни заряда за ядрото на лития. И трябва да отчетем трите електрона. Отново, два от тези електрони бяха във вътрешния слой– ето, и после имахме един електрон в един външен слой, така че изображението е нещо такова. Нека сега помислим какво ще се случи с външния ни електрон в резултат от местоположението му. Този външен електрон, този тук в пурпурно, ще бъде привлечен по-близо до ядрото. Ядрото е много положително заредено, този електрон е отрицателно зареден, така че положително зареденото ядро ще привлече този електрон по-близо до себе си. В същото време тези отрицателно заредени електрони, които са във вътрешния слой, ще го отблъснат. Нека ги подчертая ето тук. Това са електроните от вътрешния ни слой. Подобните заряди се отблъскват. И можеш да си представиш, че този електрон тук иска да изблъска този външен електрон насам, а този електрон иска да изблъска този електрон насам. Ядрото привлича един отрицателен заряд, а електроните от вътрешния слой отблъскват външния електрон. И наричаме това екраниране, понеже електроните във вътрешния слой екранират този пурпурен електрон от полюса на ядрото. Това се нарича електронно екраниране. Това е важна концепция. Нека начертаем атома за берилия, атомно число 4. Това е ядрото на берилия. Атомно число 4 означава, че има 4 протона в ядрото, тоест заряд от 4+ в ядрото. И този път имаме 4 електрона, така че ще поставя двата електрона във вътрешната орбитала в първото енергийно ниво. И после имаме два електрона във външната орбитала, или второто енергийно ниво. И, отново, това ни дава приблизителна идея как може би изглежда берилият. Когато помислим какво се случва, преминаваме от заряд 3+ с лития към заряд 4+ с берилия. И колкото по-положителни заряди има, толкова повече те ще привлекат външните електрони. И когато помислиш за идеята за електронното екраниране, отново ще имаме тези електрони в зелено и те ще екранират електроните от външния слой от ефекта на това положително заредено ядро. Може да сметнеш, че електроните от външния слой също могат да екранират. Може да помислиш, че този електрон тук в пурпурно може да екранира другия електрон в пурпурно. Но проблемът е, че те са горе-долу на еднакво разстояние от ядрото, така че електроните от външния слой не се екранират взаимно. Най-вече електроните от вътрешния слой правят това. Понеже имаш същия брой електрони във вътрешния слой, които екранират, както в примера с лития – нека отново ги подчертая. Имаме два електрона във вътрешния слой и те екранират берилия. Също така имаме два електрона във вътрешния слой, които екранират лития. Понеже имаш еднакъв брой екраниращи електрони, но имаш по-висок положителен заряд, тези външни електрони ще изпитат по-голяма сила на привличане към ядрото. И ще бъдат привлечени по-силно, отколкото можеш да си представиш, или поне по-плътно, отколкото в предишния пример. Тези електрони са още по-силно привлечени. И поради това берилиевият атом ще е по-малък, отколкото литиевия атом, а оттам идва и моделът. Следователно при преминаване през периодите броят протони винаги се увеличава. И това увеличение като цяло ще привлече тези външни електрони по-наблизо, следователно намалявайки размера на атома. Добре. Нека сега разгледаме йонния радиус. Йонният радиус може да е сложен, в зависимост от това с какъв вид химия се занимаваш. Това ще е много опростена версия. Нека отново взема един неутрален литиев атом. Литий – начертахме това няколко пъти. Нека го начертая още веднъж. Имаме ядрото на лития, имаме и 3 електрона. Отново ще скицирам трите електрона много набързо. Два електрона във вътрешния слой и един електрон във външния. И да кажем, че създаваме катион, тоест ще премахнем един електрон от неутралния си атом. Нека нарисувам това. Имахме три протона в ядрото и три електрона – те се изключват взаимно, за да може това да е неутрален атом. Нека вземем един от тези електрони и покажем как литият губи един електрон. Ако литият загуби един електрон, той ще загуби този външен електрон. Ядрото все още има заряд 3+, понеже в него има 3 протона. И все още имаме два електрона във вътрешния слой, но премахнахме електрона от външния слой. Махнахме този електрон в пурпурно – нека надпиша това. Изгубихме един електрон, този електрон ето тук и можеш просто да го покажеш така. И като направихме това, сега имаме три положителни заряда в ядрото и само два електрона. Следователно литият получава заряд +1. Това е Li+, катион. И създадохме катион, който е по-малък от самия неутрален атом. Така е логично. Ако вземеш този външен електрон, сега имаш три положителни заряда в ядрото и само два електрона. Ядрото придърпва тези електрони, губиш външния електрон, йонът става по-малък. Катионът е по-малък от неутралния атом. И сме виждали, че неутралните атоми се свиват, когато ги превърнеш в катиони, така че е логично, ако вземеш един неутрален атом и добавиш един електрон, той да стане по-голям. И това е следващата ни концепция. Ако вземем нещо като хлора, един неутрален хлорен атом, и добавиш един електрон към хлора, това ще му даде отрицателен заряд. Получаваме хлор с отрицателен заряд, или хлорен анион. Що се отнася до размера, нека начертая един представителен атом. Ако това е неутралният ни хлорен атом и към него добавим един електрон, той става доста по-голям. Анионът е по-голям от неутралния атом. И да видим дали можем да помислим защо. Да начертаем електронната конфигурация на неутралния хлор, използвайки благороден газ. Вече трябва да знаеш как да направиш това – просто пишеш благородния газ в скоби. Неон и после 3s2 3p5, тоест 7 електрона във външния слой за неутралния хлорен атом. За хлорния анион започваш по същия начин. Неон в скоби, 3s2. И ще добавиш един електрон. Това няма да е 3р5, а ще е 3р6. И това ще ни даде осем електрона във външния слой, а това ще ни даде само седем електрона във външния слой. Обяснението за по-големия размер на хлорния атом в повечето учебници е следното: някои хора казват, че добавянето на този допълнителен електрон означава, че тези електрони ще се отблъскват по-силно помежду си. Имаш 8 такива, вместо 7, затова, понеже ще се отблъскват повече, йонът става малко по-голям. И това е логично, но някои хора не са съгласни с това обяснение, макар всъщност не съм виждал да е предложена добра алтернатива. Както и да искаш да помислиш върху това, като цяло анионът е по-голям от неутралния атом. Но що се отнася до обяснение за това, може да помислиш, че електроните се отблъскват взаимно, ако искаш, въпреки че хората не са съгласни с това. Един много прост начин да помислиш за това е, че просто има повече неща. Но, отново, като цяло за изпити, мисли за аниона като за по-голям от атома.