原子半径[编辑]
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原子半径通常指原子的尺寸,并不是一个精确的物理量,并且在不同的环境下数值也不同。[1] 一个特定的原子的半径值和所选用的原子半径的定义相关,而在不同的环境下给原子半径不同定义比统一的定义更合适。
术语原子半径本身就有疑问:可能指一个自由原子的尺寸,或者可能用作原子(包括分子中的原子和自由原子)尺寸不同测量方式的一个笼统的术语。在下文中,这个术语还包括离子半径,主要是因为共价键和离子键区别不大。而原子的定义“能区分出化学元素的最小粒子”本身就比较含糊,包括了自由原子以及与其它相同或不同原子一起组成化学物的原子。[2]除了离子半径,其他可能指代的半径值包括玻尔半径,范德华半径,共价半径和金属半径等。
原子半径完全由电子决定,原子核的大小为是电子云的十万分之一。值得注意的是原子核没有固定的位置,而电子云没有固定的边界。
虽然有上述的困难,目前还是有很多的测量原子(包括离子)的方法,这些方法通常基于实验测量和计算方式的结合。目前普遍认为原子像一个球体,尺寸在30–300皮米之间,在元素周期表中的原子半径变化有规律可循,从而对元素的化学特性造成影响。
原子核的電荷是另一個和原子半径相關的重要因素,随着原子序數Z的增加,原子核電荷增加。原子核的電荷是正的,吸引負電子。在一個元素周期内,原子核的电荷增加,而新增加的電子在同一層裡,導致電子層的半径减小,從而影響到原子半径的减小。
遮蔽效應也是重要因素。內層電荷對外層電荷的排斥力,將外層電荷「向外推」。
原子半径的主要三個因素可以總結如下:
包含传统方法测量原子半径的元素周期表,单位皮米,误差5皮米。
参见元素周期表
参考: J.C. Slater, 《化学物理期刊》(J. Chem. Phys) 1964, 41, 3199.
包含计算得到的原子半径的元素周期表,单位皮米。
参见元素周期表
参考: E. Clementi, D.L.Raimondi, 和 W.P. Reinhardt, 《化学物理期刊》(J. Chem. Phys) 1963, 38, 2686.
术语原子半径本身就有疑问:可能指一个自由原子的尺寸,或者可能用作原子(包括分子中的原子和自由原子)尺寸不同测量方式的一个笼统的术语。在下文中,这个术语还包括离子半径,主要是因为共价键和离子键区别不大。而原子的定义“能区分出化学元素的最小粒子”本身就比较含糊,包括了自由原子以及与其它相同或不同原子一起组成化学物的原子。[2]除了离子半径,其他可能指代的半径值包括玻尔半径,范德华半径,共价半径和金属半径等。
原子半径完全由电子决定,原子核的大小为是电子云的十万分之一。值得注意的是原子核没有固定的位置,而电子云没有固定的边界。
虽然有上述的困难,目前还是有很多的测量原子(包括离子)的方法,这些方法通常基于实验测量和计算方式的结合。目前普遍认为原子像一个球体,尺寸在30–300皮米之间,在元素周期表中的原子半径变化有规律可循,从而对元素的化学特性造成影响。
原子半径的周期性[编辑]
原子半徑在同一元素周期内從左到右遞减,在同一族内從上到下遞增。造成這種現在的部分原因是電子的分布不是完全自由的。原子内部的電子按照電子层排列,每個電子層只能容纳固定数量的電子。[3]元素周期表的每個一新的周期和一個新的電子層對應,離原子核也越來越遠。原子核的電荷是另一個和原子半径相關的重要因素,随着原子序數Z的增加,原子核電荷增加。原子核的電荷是正的,吸引負電子。在一個元素周期内,原子核的电荷增加,而新增加的電子在同一層裡,導致電子層的半径减小,從而影響到原子半径的减小。
遮蔽效應也是重要因素。內層電荷對外層電荷的排斥力,將外層電荷「向外推」。
原子半径的主要三個因素可以總結如下:
因素 | 原理 | 隨……而增加 | 傾向 | 效果 |
---|---|---|---|---|
電子層 | 量子力學 | - | 原子半徑↑ | 同一族的原子半徑從上而下增加 |
核電荷 | 原子核質子對電荷的吸引力 | 原子序數 | 原子半徑↓ | 同一周期的原子半徑從左而右減少 |
遮蔽效應 | 內層電荷對外層電荷的排斥力 | 電子層數目 | 原子半徑↑ | 減弱第二個因素 |
传统方法测量的原子半径[编辑]
下表为传统方法测量的原子半径,单位皮米,误差为5皮米。族(纵向) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
周期 (横向) | |||||||||||||||||||
1 | H 氢 25 | He 氦 31 | |||||||||||||||||
2 | Li 锂 145 | Be 铍 105 | B 硼 85 | C 碳 70 | N 氮 65 | O 氧 60 | F 氟 50 | Ne 氖 38 | |||||||||||
3 | Na 钠 180 | Mg 镁 150 | Al 铝 125 | Si 硅 110 | P 磷 100 | S 硫 100 | Cl 氯 100 | Ar 氩 71 | |||||||||||
4 | K 钾 220 | Ca 钙 180 | Sc 钪 160 | Ti 钛 140 | V 钒 135 | Cr 铬 140 | Mn 锰 140 | Fe 铁 140 | Co 钴 135 | Ni 镍 135 | Cu 铜 135 | Zn 锌 135 | Ga 镓 130 | Ge 锗 125 | As 砷 115 | Se 硒 103 | Br 溴 94 | Kr 氪 88 | |
5 | Rb 铷 235 | Sr 锶 200 | Y 钇 180 | Zr 锆 155 | Nb 铌 145 | Mo 钼 145 | Tc 锝 135 | Ru 钌 130 | Rh 铑 135 | Pd 钯 140 | Ag 银 160 | Cd 镉 155 | In 铟 155 | Sn 锡 145 | Sb 锑 145 | Te 碲 140 | I 碘 140 | Xe 氙 108 | |
6 | Cs 铯 260 | Ba 钡 215 | ▲ 镧 系 | Hf 铪 155 | Ta 钽 145 | W 钨 135 | Re 铼 135 | Os 锇 130 | Ir 铱 135 | Pt 铂 135 | Au 金 135 | Hg 汞 150 | Tl 铊 190 | Pb 铅 180 | Bi 铋 160 | Po 钋 190 | At 砹 127 | Rn 氡 120 | |
7 | Fr 钫 240 | Ra 镭 215 | △ 锕 系 | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds 鐽 | Rg 錀 | Cn 鎶 | Uut Uut | Fl Fl | Uup Uup | Lv Lv | Uus Uus | Uuo Uuo | |
镧系元素 | ▲ | La 镧 195 | Ce 铈 185 | Pr 镨 185 | Nd 钕 185 | Pm 钷 185 | Sm 钐 185 | Eu 铕 185 | Gd 钆 180 | Tb 铽 175 | Dy 镝 175 | Ho 钬 175 | Er 铒 175 | Tm 铥 175 | Yb 镱 175 | Lu 镥 175 | |||
锕系元素 | △ | Ac 锕 195 | Th 钍 180 | Pa 镤 180 | U 铀 175 | Np 錼 175 | Pu 鈽 175 | Am 鋂 175 | Cm 锔 | Bk 鉳 | Cf 锎 | Es 锿 | Fm 镄 | Md 钔 | No 锘 | Lr 铹 | |||
通过计算得到的原子半径[编辑]
下表为通过计算得的原子半径,单位皮米。族(纵向) | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
周期 (横向) | |||||||||||||||||||
1 | H 氢 53 | He 氦 31 | |||||||||||||||||
2 | Li 锂 167 | Be 铍 112 | B 硼 87 | C 碳 67 | N 氮 56 | O 氧 48 | F 氟 42 | Ne 氖 38 | |||||||||||
3 | Na 钠 190 | Mg 镁 145 | Al 铝 118 | Si 硅 111 | P 磷 98 | S 硫 88 | Cl 氯 79 | Ar 氩 71 | |||||||||||
4 | K 钾 243 | Ca 钙 194 | Sc 钪 184 | Ti 钛 176 | V 钒 171 | Cr 铬 166 | Mn 锰 161 | Fe 铁 156 | Co 钴 152 | Ni 镍 149 | Cu 铜 145 | Zn 锌 142 | Ga 镓 136 | Ge 锗 125 | As 砷 114 | Se 硒 103 | Br 溴 94 | Kr 氪 88 | |
5 | Rb 铷 265 | Sr 锶 219 | Y 钇 212 | Zr 锆 206 | Nb 铌 198 | Mo 钼 190 | Tc 锝 183 | Ru 钌 178 | Rh 铑 173 | Pd 钯 169 | Ag 银 165 | Cd 镉 161 | In 铟 156 | Sn 锡 145 | Sb 锑 133 | Te 碲 123 | I 碘 115 | Xe 氙 108 | |
6 | Cs 铯 298 | Ba 钡 253 | ▲ 镧 系 | Hf 铪 208 | Ta 钽 200 | W 钨 193 | Re 铼 188 | Os 锇 185 | Ir 铱 180 | Pt 铂 177 | Au 金 174 | Hg 汞 171 | Tl 铊 156 | Pb 铅 154 | Bi 铋 143 | Po 钋 135 | At 砹 | Rn 氡 120 | |
7 | Fr 钫 | Ra 镭 | △ 锕 系 | Rf | Db | Sg | Bh | Hs | Mt | Ds 鐽 | Rg 錀 | Cn 鎶 | Uut Uut | Fl Fl | Uup Uup | Lv Lv | Uus Uus | Uuo Uuo | |
镧系元素 | ▲ | La 镧 | Ce 铈 | Pr 镨 247 | Nd 钕 206 | Pm 钷 205 | Sm 钐 238 | Eu 铕 231 | Gd 钆 233 | Tb 铽 225 | Dy 镝 228 | Ho 钬 | Er 铒 226 | Tm 铥 222 | Yb 镱 222 | Lu 镥 217 | |||
锕系元素 | △ | Ac 锕 | Th 钍 | Pa 镤 | U 铀 | Np 錼 | Pu 鈽 | Am 鋂 | Cm 锔 | Bk 鉳 | Cf 锎 | Es 锿 | Fm 镄 | Md 钔 | No 锘 | Lr 铹 | |||
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