原子半径 - 定義、タイプ、周期的傾向

原子は、電子、中性子、陽子の 3 つの主要な亜原子粒子で構成されています。同時に、中性子と陽子は、原子核として知られる原子の中心にある領域内にあります。電子はこの原子核の周りを円軌道で周回します。原子半径とは、原子核の中心から、原子核から最も遠くにある軌道までの総距離を指します。このブログでは、原子半径とその特性についての議論に焦点を当てています。

原子半径または原子半径とは?

原子半径の定義:原子半径は、原子核の中心からその電子が回転している最も外側の軌道までの合計距離として定義できます。

化学元素の原子半径は、原子核からそれを取り囲む電子殻の境界までの平均距離として定義されます。原子半径は円の半径と比較できます。核は円の中心に対応し、最も外側の軌道は円の外縁と比較できます。電子の最も外側の軌道の位置について不確実性があるため、原子半径を見つけることは困難です。

原子半径の正確な測定値は、互いに結合している 2 つの原子間の距離に基づいて半径が決定されるハイゼンベルグの不確定性原理を使用して取得できます。原子半径は、原子が形成する結合の種類によって異なります。したがって、原子には固定半径がなく、半径は原子が形成する結合の種類に依存します。一般に、ナトリウムの原子半径は 227 pm ですが、アルミニウムの原子半径は 143 pm です。

結合の種類に関する原子半径の種類

原子が形成する結合のタイプに応じて、原子半径は次の 3 つのタイプに分類されます。

• イオン半径
• 共有結合半径
• 金属半径

共有半径

共有原子半径の定義：これは、原子が類似元素の別の原子と共有結合しているときに測定される原子の半径です。これは、共有結合している原子のペア間の長さを測定することによって決定できます。ペアの 2 つの原子が類似している場合、共有結合半径は結合の全長の半分に等しくなります。これは CI2 や O2 などの一部の分子では簡単ですが、場合によっては、既知の半径を持つ原子の結合長を測定して共有結合半径を推測する必要があります。

イオン半径

イオン原子半径の定義：これは、イオン結合を形成する原子半径です。原子結合は電子を制限します。このため、これらのイオンまたは原子には特定の形状がありません。イオン半径がピコメートル (pm) またはアームストロング (Å) で測定される単位。特徴的なイオン半径は 30 ～ 200 pm の範囲です。イオン半径は 1 つではありません。むしろ、電子スピンの状態、配位数、および他の多くの要因に関して変化します。配位数が増えると、イオンのサイズが大きくなります。また、電子のスピン状態が低いイオンよりも電子のスピン状態が高いイオンに対しても増加します。イオンの電荷を考慮すると、正に帯電したイオンは、負に帯電したイオンよりもサイズが小さくなります。

メタリック半径

金属原子半径の定義:これは、金属結合が結合したときに原子が形成する半径です。これは、金属クラスター内の隣接する原子核間の距離の半分に相当します。

原子半径に関連するその他の用語

ファン デル ワールス半径

ファンデルワールス半径は、互いに接触している原子または分子で結合していない原子間の接触距離から決定できます。

ボーア半径

ボーア原子モデルは、エネルギーが最も低い電子軌道の半径を予測しました。この半径は、単一の電子を持つイオンと原子にのみ適用されます。たとえば、水素原子です。原子のボーア モデルは現在では時代遅れですが、ボーアが述べたように、水素原子の半径は依然として本質的な物理定数と見なされています。

原子半径の周期的傾向

原子内の電子殻の数が増えるにつれて、原子は大きくなり続けます。したがって、周期表の特定のグループを下に移動すると、原子の半径は増加し続けます。したがって、一番下にある元素の原子半径が最も大きくなります。一定時間左から右に移動すると、一般に原子サイズが小さくなります。一般に、原子の半径は、周期表のグループを移動すると減少し、グループを下に移動すると増加します。したがって、最大原子半径はフランシウムに属し、最小原子半径はヘリウムに属します。

周期表の傾向

現代の周期表では、行や列を横切って移動したり、グループを下に移動したりするときに、元素の物理的および化学的特性に多くの傾向が見られます。非金属のグループを下に移動している間、元素の反応性が減少し続け、代表的な元素のグループを下っていく間に増加するとします。

2つの原子を結合することにより、2つの原子間の距離を決定することにより、それらの原子サイズを推定できます。非金属元素の原子サイズを測定する別の方法は、2 つの原子間で単一の共有結合を形成し、それらの間の距離を測定することです。要素の原子の合成半径は、共有結合半径と呼ばれます。金属元素の場合、半径は金属半径と呼ばれます。これは、金属結合によって結合された 2 つの隣接する金属イオンの核間の距離の半分として定義できます。

原子の原子半径は、X 線やその他の分光法によって測定できます。周期表の原子半径の変化は、一定のパターンに従います。この傾向は、エネルギー準位と核電荷を考慮することで説明できます。

一般に、周期内で左から右に移動すると原子半径が減少し、グループを下に移動すると原子半径が増加します。これは、元素の周期の価電子が最外殻で同じであるという事実によるものです。左から右に移動すると、同じ期間内に原子番号が増加します。これにより、有効な核電荷が増加します。要素の原子半径は、引力の増加により減少します。したがって、左側の元素は原子半径が最大で、右側の元素は原子半径が最小です。

以下は、元素の原子半径に影響を与える主な現象をまとめた表です:

ランタニド収縮

周期表では、ランタニドの直後にある元素の原子半径が最も小さくなっています。原子半径は、その上の元素の半径とほぼ同じです。したがって、ルテチウムはイットリウムよりも小さく、タンタルの原子半径はニオブのハフニウムとジルコニウムの原子半径とほぼ同じです。この現象はランタニド収縮と呼ばれ、その影響は白金まで顕著であり、その後は不活性対効果によってマスクされます。

結論

原子半径は、元素の特性がこの概念に依存するため、化学において重要な概念です。この記事が、原子半径、その特性、および周期表を上下に移動する際の傾向についての基本的な理解に役立つことを願っています.興味深いことに、陽子と電子の間の引力が変化すると、原子半径が増減します。

よくある質問

Q) 一定期間にわたって原子半径は増加しますか?

A) 一般に、周期表の周期で左から右に移動するにつれて、原子サイズは減少します。したがって、左側の元素は原子半径が最大で、右側の元素は原子半径が最小です。原子のサイズは、一定期間にわたって減少し続け、グループを下って増加します。

Q) 原子半径を直接測定できないのはなぜですか?

A) 軌道上で最も外側にある電子の位置が不確かなため、原子半径を直接測定することはできません。

Q) ボーア半径を定義してください。

原子のボーア モデルは、エネルギーが最も低い電子軌道の半径を予測しました。ボーア半径は、水素原子のように、殻に 1 つの電子を持つイオンと原子にのみ適用されます。