Volume atômico: como varia na tabela periódica e nos exemplos

O volume de atómico é um valor relativo que indica a relação entre a massa molar de um elemento e a sua densidade. Então, esse volume depende da densidade do elemento, e a densidade, por sua vez, depende da fase e de como os átomos estão organizados dentro dele.

Portanto, o volume atômico de um elemento Z não é o mesmo em outra fase que não a temperatura ambiente (líquido, sólido ou gás) ou quando faz parte de certos compostos. Assim, o volume atômico de Z no composto ZA é diferente do volume de Z no composto ZB.

Volume atômico: como varia na tabela periódica e nos exemplos 1

Porque Para entendê-lo, é necessário comparar átomos com, por exemplo, bolinhas de gude. Mármores, como os azuis na imagem acima, têm um limite de material muito bem definido, que pode ser visto graças à sua superfície brilhante. Por outro lado, a borda dos átomos é difusa, embora possam ser considerados remotamente esféricos.

Assim, o que determina um ponto além do limite atômico é a probabilidade nula de encontrar um elétron, e esse ponto pode estar mais ou mais próximo do núcleo, dependendo de quantos átomos vizinhos interagem em torno do átomo em consideração.

Volume atômico e raio

Ao interagir dois átomos de H na molécula de H 2 , as posições dos seus centros são definidos como as distâncias entre estas distâncias (internucleares). Se ambos os átomos são esféricos, o raio é a distância entre o núcleo e a borda difusa:

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Na imagem acima, pode-se ver como a probabilidade de encontrar um elétron diminui à medida que se afasta do núcleo. Depois, dividindo a distância internuclear entre dois, obtém-se o raio atômico. Em seguida, assumindo uma geometria esférica para os átomos, a fórmula é usada para calcular o volume de uma esfera:

V = (4/3) (Pi) r 3

Nesta expressão r é o raio atómico especificado para a molécula de H 2 . O valor V calculado desta forma imprecisa podem alterar-se, por exemplo, é considerado H 2 no estado líquido ou metálico. No entanto, esse método é muito impreciso porque as formas dos átomos estão longe da esfera ideal em suas interações.

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Para determinar os volumes atômicos em sólidos, muitas variáveis ​​referentes ao arranjo são levadas em consideração e obtidas por estudos de difração de raios-X.

Fórmula adicional

A massa molar expressa a quantidade de matéria que possui uma mola de átomos de um elemento químico.

Suas unidades são g / mol. Por outro lado, densidade é o volume ocupado por um grama do elemento: g / mL. Como as unidades de volume atômico são mL / mol, é necessário brincar com as variáveis ​​para alcançar as unidades desejadas:

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

Ou o que é o mesmo:

(Massa molar) (1 / D) = V

(Massa molar / D) = V

Assim, o volume de uma mole de átomos de um elemento pode ser facilmente calculado; enquanto que com a fórmula de volume esférico é calculado o volume de um átomo individual. Para atingir esse valor a partir do primeiro, é necessária uma conversão através do número Avogadro (6.02 · 10 -23 ).

Como o volume atômico varia na tabela periódica?

Volume atômico: como varia na tabela periódica e nos exemplos 3

Se os átomos são considerados esféricos, sua variação será a mesma que a observada nos raios atômicos. Na imagem acima, que mostra os elementos representativos, é ilustrado que da direita para a esquerda os átomos são anões; em vez disso, de cima para baixo, eles se tornam mais volumosos.

Isso ocorre porque no mesmo período o núcleo incorpora prótons à medida que se move para a direita. Esses prótons exercem uma força atrativa nos elétrons externos, que sentem uma carga nuclear efetiva Zef menor que a carga nuclear real Z.

Os elétrons das camadas internas repelem os da camada externa, diminuindo o efeito do núcleo sobre eles; Isso é conhecido como efeito de tela. No mesmo período, o efeito de tela falha em neutralizar o aumento no número de prótons, de modo que os elétrons na camada interna não impedem a contração dos átomos.

No entanto, ao descer em um grupo, novos níveis de energia são ativados, o que permite que os elétrons orbitem mais longe do núcleo. Da mesma forma, o número de elétrons na camada interna é aumentado, cujos efeitos de blindagem começam a diminuir se o núcleo adicionar prótons novamente.

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Por essas razões, pode-se observar que o grupo 1A tem os átomos mais volumosos, diferentemente dos pequenos átomos do grupo 8A (ou 18), o dos gases nobres.

Volumes atômicos de metais de transição

Os átomos dos metais de transição incorporam elétrons nos orbitais internos d. Esse aumento do efeito de tela e, assim como da carga nuclear real Z, é quase igualmente anulado, de modo que seus átomos retêm tamanho semelhante no mesmo período.

Em outras palavras: em um período, os metais de transição exibem volumes atômicos semelhantes. No entanto, essas pequenas diferenças são extremamente significativas na definição de cristais metálicos (como se fossem mármores metálicos).

Exemplos

Duas fórmulas matemáticas estão disponíveis para calcular o volume atômico de um elemento, cada um com seus exemplos correspondentes.

Exemplo 1

Dado o raio atômico do hidrogênio – 37 pm (1 picômetro = 10 – 12 m) – e do césio – 265 pm -, calcule seus volumes atômicos.

Usando a fórmula de volume esférico, um tem:

V H = (4/3) (3,14) (37 pm) 3 = 212,07 pm 3

V Cs = (4/3) (3,14) (265 pm) 3 = 77912297,67 pm 3

No entanto, esses volumes expressos em picômetros são exorbitantes e, portanto, são transformados em unidades de angstroms, multiplicando-os pelo fator de conversão (1Å / 100pm) 3 :

(212.07 pm 3 ) (1Å / 100pm) 3 = 2.1207 × 10 -4 Å 3

(77912297.67 pm 3 ) (1Å / 100pm) 3 = 77.912 Å 3

Assim, diferenças de tamanho entre o átomo pequeno de H e o átomo volumoso de Cs são numericamente evidenciadas. É necessário ter em mente que esses cálculos nada mais são do que aproximações sob a afirmação de que um átomo é totalmente esférico, que divaga contra a realidade.

Exemplo 2

Volume atômico: como varia na tabela periódica e nos exemplos 4

A densidade do ouro puro é de 19,32 g / mL e sua massa molar é de 196,97 g / mol. Aplicando a fórmula M / D para calcular o volume de uma mole de átomos de ouro, você tem o seguinte:

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V Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / mL) = 10,19 mL / mol

Ou seja, 1 mole de átomos de ouro ocupa 10,19 mL, mas qual volume um átomo de ouro ocupa especificamente? E como expressá-lo em unidades da tarde 3 ? Para isso, basta aplicar os seguintes fatores de conversão:

(10,19 mL / mol) · (mol / 6,02 · 10 -23 átomos) · (1 m / 100 cm) 3 · (13 pm / 10 -12 m) 3 = 16,92 · 10 6 pm 3

Por outro lado, o raio atômico do ouro é 166 pm. Se os dois volumes forem comparados – o obtido pelo método anterior e o calculado com a fórmula de volume esférico -, será verificado que eles não possuem o mesmo valor:

V Au = (4/3) (3,14) (166 pm) 3 = 19,1510 6 pm 3

Qual dos dois é o mais próximo do valor aceito? O que mais se aproxima dos resultados experimentais obtidos por difração de raios X da estrutura cristalina do ouro.

Referências

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 de dezembro de 2017). Definição de volume atômico . Recuperado em 06 de junho de 2018, de: thoughtco.com
  2. Mayfair, Andrew. (13 de março de 2018). Como calcular o volume de um átomo. Sciencing . Recuperado em 06 de junho de 2018, de: sciencing.com
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  4. Lumen Tendências Periódicas: Raio Atômico. Recuperado em 06 de junho de 2018, de: cursos.lumenlearning.com
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