Raio atômico: como é medido, como muda e exemplos

O raio atômico é um parâmetro importante para as propriedades periódicas dos elementos da tabela periódica. Está diretamente relacionado ao tamanho dos átomos, pois quanto maior o raio, maiores ou maiores eles são. Da mesma forma, está relacionado às suas características eletrônicas.

Quanto mais tempo um átomo tiver mais elétrons, maior será seu tamanho e raio atômico. Ambos são definidos pelos elétrons da camada de valência, porque a distâncias além de suas órbitas, a probabilidade de encontrar um elétron se aproxima de zero. O oposto ocorre na vizinhança do núcleo: a probabilidade de encontrar um elétron aumenta.

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A imagem acima representa uma embalagem de algodão. Observe que cada um é cercado por seis vizinhos, sem contar outra possível linha superior ou inferior. A maneira pela qual as bolas de algodão são compactadas definirá seus tamanhos e, portanto, seus raios; como é o caso dos átomos.

Elementos de acordo com sua natureza química interagem com seus próprios átomos de uma maneira ou de outra. Portanto, a magnitude do raio atômico varia de acordo com o tipo de ligação presente e com o empacotamento sólido de seus átomos.

Como o raio atômico é medido?

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Fonte: Gabriel Bolívar

Na imagem principal, pode ser fácil medir o diâmetro das bolas de algodão e depois dividi-lo por dois. No entanto, a esfera de um átomo não está totalmente definida. Porque Porque os elétrons circulam e desfocam em regiões específicas do espaço: os orbitais.

Portanto, o átomo pode ser considerado como uma esfera com arestas impalpáveis, o que é impossível dizer com certeza até que ponto elas terminam. Por exemplo, na imagem superior, a região do centro, próxima ao núcleo, parece mais intensa, enquanto as bordas estão embaçadas.

A imagem representa uma molécula diatómica E 2 (como Cl 2 , H 2 , O 2 , etc.). Supondo que os átomos sejam corpos esféricos, se a distância d que separa ambos os núcleos na ligação covalente for determinada , seria suficiente dividi-lo em duas metades ( d / 2) para obter o raio atômico; mais precisamente, o raio covalente de E para E 2 .

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E se E não formasse ligações covalentes consigo mesmo, mas fosse um elemento metálico? Então d seria indicado pelo número de vizinhos que cercam E em sua estrutura metálica; isto é, pelo número de coordenação (NC) do átomo dentro da embalagem (lembre-se das bolas de algodão da imagem principal).

Determinação da distância internuclear

Para determinar d , que é a distância internuclear de dois átomos em uma molécula ou embalagem, são necessárias técnicas de análise física.

Uma das mais utilizadas é a difração de raios X. Nela, um feixe de luz é irradiado através de um cristal, e o padrão de difração resultante das interações entre elétrons e radiação eletromagnética é estudado. Dependendo da embalagem, diferentes padrões de difração e, portanto, outros valores de d podem ser obtidos .

Se os átomos são “apertados” na estrutura cristalina, eles terão valores diferentes de d em comparação com o que teriam se fossem “confortáveis”. Da mesma forma, essas distâncias internucleares podem variar de valores, de modo que o raio atômico na verdade consiste em um valor médio dessas medições.

Como o raio atômico e o número de coordenação estão relacionados? V. Goldschmidt estabeleceu uma relação entre eles, na qual, para uma NC de 12, o valor relativo é 1; de 0,97 para uma embalagem em que o átomo tem NC igual a 8; 0,96, para um NC igual a 6; e 0,88 para um NC de 4.

Unidades

A partir dos valores de NC iguais a 12, muitas das tabelas foram construídas onde são comparados os raios atômicos de todos os elementos da tabela periódica.

Como nem todos os elementos formam estruturas compactas (NC menor que 12), a relação de V. Goldschmidt é usada para calcular seus raios atômicos e expressá-los para o mesmo empacotamento. Desta forma, as medições do raio atômico são padronizadas.

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Mas em que unidades elas são expressas? Como d é de magnitude muito pequena, as unidades do angstrom Å (10 × 10 -10 m) ou também amplamente utilizadas, o pirômetro (10 × 10 -12 m) deve ser usado.

Como isso muda na tabela periódica?

Durante um período

Em certos raios atómicos para os elementos de metal são dado o nome de raios de metal, enquanto que para os não metais, raios covalente (tais como fósforo, P 4 , ou de enxofre, S 8 ). No entanto, entre os dois tipos de rádios, há uma distinção mais proeminente do que a do nome.

Da esquerda para a direita no mesmo período, o núcleo adiciona prótons e elétrons, mas os últimos estão confinados ao mesmo nível de energia (número quântico principal). Como conseqüência, o núcleo exerce uma carga nuclear efetiva crescente sobre os elétrons de valência, que contrai o raio atômico.

Dessa forma, elementos não metálicos no mesmo período tendem a ter raios atômicos (covalentes) menores que metais (raios metálicos).

Descendo por um grupo

Ao descer através de um grupo, novos níveis de energia são ativados, permitindo que os elétrons tenham mais espaço. Assim, a nuvem eletrônica percorre grandes distâncias, sua periferia embaçada acaba se afastando ainda mais do núcleo e, portanto, o raio atômico se expande.

Contração do lantanídeo

Os elétrons na camada interna ajudam a rastrear a carga nuclear efetiva nos elétrons de valência. Quando os orbitais que compõem as camadas internas têm muitos “orifícios” (nós), como os orbitais f, o núcleo contrai fortemente o raio atômico devido ao seu pobre efeito de blindagem.

Esse fato é evidenciado na contração dos lantanídeos no período 6 da tabela periódica. De La a Hf, há uma considerável contração do produto do raio atômico dos orbitais f, que “enchem” quando o bloco f é atravessado: o dos lantanóides e actinóides.

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Um efeito semelhante também pode ser observado com os elementos do bloco pa do período 4. Desta vez, produto do fraco efeito de blindagem dos orbitais d que são preenchidos ao cruzar os períodos do metal de transição.

Exemplos

Para o período 2 da tabela periódica, os raios atômicos de seus elementos são:

-Li: 257 pm

-Be: 112 pm

-B: 88 pm

-C: 77 pm

-N: 74 pm

-O: 66 pm

-F: 64 pm

Observe que o metal de lítio tem o maior raio atômico (257 pm), enquanto o flúor, localizado na extremidade direita do período, é o menor deles (64 pm). O raio atômico desce da esquerda para a direita no mesmo período e os valores listados o mostram.

O lítio, ao formar ligações metálicas, seu raio é metálico; e flúor, por formar ligações covalentes (FF), seu raio é covalente.

E se você quiser expressar os raios atômicos em unidades angstrom? Simplesmente divida-os por 100: (257/100) = 2,57Å. E assim por diante com o restante dos valores.

Referências

  1. Química 301. Raios atômicos. Recuperado de: ch301.cm.utexas.edu
  2. Fundação CK-12. (28 de junho de 2016). Raio atômico Recuperado de: chem.libretexts.org
  3. Tendências nos raios atômicos. Retirado de: intro.chem.okstate.edu
  4. Faculdade Comunitária de Clackamas. (2002) Tamanho atômico Recuperado de: dl.clackamas.edu
  5. Clark J. (agosto de 2012). Raio atômico e iônico. Recuperado de: chemguide.co.uk
  6. Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica (Quarta edição., P. 23, 24, 80, 169). Mc Graw Hill

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