淺析原子半徑和離子半徑.pdf

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1、萬方數(shù)據(jù)第18卷第4期(2003)內(nèi)訌師范學(xué)院學(xué)報(bào)JOURNALoFNEUIANGTEACHERSCOLLEGENo．4．V01．18(2003)淺析原子半徑和離子半徑黃旭1，唐元先2，黃輝3(1．資陽中學(xué)，四川資陽641300；2．重慶第四十九中學(xué)，重慶萬盛400800；3．內(nèi)江師范學(xué)院化學(xué)系，四川內(nèi)江641110)摘要：本文對(duì)原子半徑和離子半徑的概憊進(jìn)行了較為詳細(xì)的計(jì)論．以便在教學(xué)過程中更好的理解、使用原于半徑和離于半徑。關(guān)鍵詞：原子半徑；離子半往；概念中圉分類號(hào)：0611．3文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1671—1785(2003)04一o】24一05

2、在大學(xué)化學(xué)的課程中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了元素的一些性質(zhì)，但對(duì)原子半徑、離子半徑的概念很難獲得清晰、明了的認(rèn)識(shí)，在使用時(shí)容易混淆。并且粒子半徑的周期性變化與原子電離能、電子親和勢、電負(fù)性、金屬性、晶格能、極化率、沸點(diǎn)、密度等性質(zhì)有密切的聯(lián)系。本文試圖對(duì)原子半徑、離子半徑的概念進(jìn)行較為詳細(xì)的討論，以便能正確理解、使用原子半徑和離子半徑。1原子半徑我們已討論過，原子中的電子并不是在離核某一特定距離就完全消失得干干凈凈，而是逐漸地向外蔓延出去，只是達(dá)到離核相當(dāng)遠(yuǎn)處趨向于零，并沒有一個(gè)確切的界限．因此很難給原子半徑下一個(gè)確切的定義。一般就把核到最外層電子的平均距離定義為

3、原子半徑，可以看出原子半徑是個(gè)近似值，具有相對(duì)的概念。將原子半徑分為：共價(jià)半徑、范德華半徑和金屬原子半徑。1．1共價(jià)半徑共價(jià)半徑的鍵長是構(gòu)成這一共價(jià)鍵的兩個(gè)原子的核問距離，相同原子的共價(jià)鍵長的一半，就是共價(jià)半徑(r。)，它包括單鍵共價(jià)半徑和多元共價(jià)半徑01。如圖1，在大多數(shù)情況下，不同分子或晶體以相同鍵型相連接的兩個(gè)原子A和B的平衡距離都近似相等。如甲醇、乙醇、甲醚等化合物中c—O單鍵鍵長都是1．43A，這種性質(zhì)稱為鍵長的相對(duì)穩(wěn)定性。此外．同種鍵型的鍵長還具有加和性嘲，由此可推求圖1共價(jià)半徑k出不同元素形成共價(jià)化合物的鍵長。同種原子在不同結(jié)合狀態(tài)或不同排

4、列狀態(tài)下測得的數(shù)據(jù)也不同，兩原子問的鍵級(jí)越高，其共價(jià)半徑越短。一般雙鍵約為單鍵的85—90％，叁鍵約為75—80％。衰l原子的共價(jià)半徑‘21(A)CN0F單鍵0．7720．700．66O．64雙鍵0．667叁鍵O．603SiPSCi單鍵1．171．101．04O．99雙鍵1．071．OO0．940．89叁鍵j．000．930．87，收稿日期：2003一05一01作者簡介：黃旭(1979一)，男，四川隆昌人，2003年6月畢業(yè)于內(nèi)江師范學(xué)院，資陽中學(xué)教師。萬方數(shù)據(jù)總第73期黃旭．唐元先．黃輝t淺斬原于半輕和離子半徑·125·1．2范德華半徑·分子晶體中兩個(gè)

5、相同種類的原子，不是以化學(xué)鍵相結(jié)合，而是以分子間作用力(范德華力)相互作用使其最接近時(shí)．兩個(gè)原子核問距的一半就是范德華半徑rT'如圖2。例如稀有氣體在低溫下形成單原子分子晶體中，原子問沒有化學(xué)鍵而只有范德華力，因此稀有氣體的原子半徑不是共價(jià)半徑．而是范德華半徑。表2一些原子和原子基團(tuán)的范德華半型”(A)∞KD田2范德華半徑r。NPAsOSSe1．51．92．01．41．852．00FClBr甲基CH。芳環(huán)厚度之半1．351．801．052．01．71．3金屬原子半徑如果把金屬晶體看成是由等徑球狀的金屬原子堆積而成的，相鄰兩個(gè)原子彼此是互相接觸的，則它們核

6、間距(d)的一半，就是該原子的金屬半徑r?！?。如圖3所示。用X一射線衍射法測得金屬晶體的晶胞參數(shù)，結(jié)合其點(diǎn)陣型式就容易計(jì)算緊鄰金屬原子間的距離，其一半數(shù)值即為金屬的原子半徑。如由x一射線結(jié)構(gòu)分析確定金屬銅屬于A，構(gòu)型，晶胞參數(shù)a。=3．614A，根據(jù)結(jié)構(gòu)內(nèi)在幾何一關(guān)系可求得最近銅原子間距為3．614／、／2=2．556A，銅原子半徑圖3金屬原子半徑r一2．556／2—1．278A。原子問的接觸距離與原子配位數(shù)有關(guān)，配位數(shù)越高．半徑越大。一般以配位數(shù)為12的緊密堆積方式為標(biāo)準(zhǔn)01。表3列出了部分金屬原子半徑數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是由室溫下穩(wěn)定晶型的實(shí)際原子的接觸

7、距離而求得。1．4影響原子半徑大小的因素?表3金屬離子的半徑?(A)原子半徑被認(rèn)為是最外層電子到核的平均距離，因而影響半徑的因素是很多的，概括下有以下幾方面：(1)核外電子層的數(shù)目，即主量子數(shù)n與半徑r的關(guān)系：r。cn。電子層數(shù)或n的數(shù)值越大，半徑越大；1．520Na1，858K2．272Be1．112MgA11．599l，432Ca1．9741．233Ge1．225(2)核電荷(z‘)，由于核電荷越大，對(duì)核外電子吸引越強(qiáng)，最外層電子至核的平均距離就小，半徑就小。所以r∞1／z’成反比例關(guān)系；(3)核外電子間斥力f。由于電子問斥力越大，電子聞排斥越厲害，

8、最外層電子就可被排斥而離核更遠(yuǎn)，半徑就越大，所以rocf成正比例關(guān)系；(4)內(nèi)層