Пређи на садржај

Јонски радијус

С Википедије, слободне енциклопедије

Јонски радијус, рион, је полупречник једноатомног јона у јонској кристалној структури. Иако ни атоми, ни јони немају оштре границе, они се третирају као да су тврде сфере са радијусима таквим да збир јонских радијуса катјона и ањона даје растојање између јона у кристалној решетки. Јонски радијуси се обично дају у јединицама или пикометара (пм) или ангстрома (Å), са 1 Å = 100 пм. Типичне вредности се крећу од 31 пм (0,3 Å) до преко 200 пм (2 Å).

Концепт се може проширити на солватиране јоне у течним растворима узимајући у обзир солвациону љуску.

Трендови

[уреди | уреди извор]
X НаX АгX
Ф 464 492
Цл 564 555
Бр 598 577
Параметри јединичне ћелије (у пм, једнаки две дужине М–X везе) за натријум и сребро халиде. Сва једињења кристалишу у структури НаЦл.
Релативни радијуси атома и јона. Неутрални атоми су обојени сиво, катјони ред, а ањони блуе.

Јони могу бити већи или мањи од неутралног атома, у зависности од електричног набоја јона. Када атом изгуби електрон да би формирао катјон, остали електрони су више привучени језгром, и радијус јона постаје мањи. Слично, када се атому дода електрон, формирајући ањон, додати електрон повећава величину електронског облака интерелектронским одбијањем.

Јонски радијус није фиксно својство датог јона, већ варира са координационим бројем, спинским стањем и другим параметрима. Ипак, вредности јонског радијуса су довољно преносиве да би омогућиле да се периодични трендови препознају. Као и код других типова атомског радијуса, јонски радијуси се повећавају при спуштању низ групу. Величина јона (за исти јон) се такође повећава са повећањем координационог броја, а јон у стању са високим спином биће већи од истог јона у стању са ниским спином. Генерално, јонски радијус се смањује са повећањем позитивног наелектрисања и повећава са увећањем негативног наелектрисања.

„Аномални”" јонски радијус у кристалу је често знак значајног ковалентног карактера у вези. Ниједна веза није потпуно јонска, а нека наводно „јонска” једињења, посебно прелазних метала, су посебно ковалентног карактера. Ово је илустровано параметрима јединичне ћелије за натријум и сребро халиде у табели. На основу флуорида, рекло би се да је Аг+ већи од На+, али на основу хлорида и бромида изгледа супротно.[1] То је зато што већи ковалентни карактер веза у АгЦл и АгБр смањује дужину везе, а тиме и привидни јонски радијус Аг+, што је ефекат који није присутан у халидима електропозитивнијег натријума, нити у сребрном флуориду у којем је флуоридни јон релативно неполаризован.

Одређивање

[уреди | уреди извор]

Удаљеност између два јона у јонском кристалу може се одредити рендгенском кристалографијом, која даје дужине страница јединичне ћелије кристала. На пример, утврђено је да је дужина сваке ивице јединичне ћелије натријум хлорида 564,02 пм. Може се сматрати да свака ивица јединичне ћелије натријум хлорида има атоме распоређене као На+∙∙∙Цл∙∙∙На+, тако да је ивица двоструко већа од одвајања На-Цл. Дакле, растојање између На+ и Цл јона је половина од 564,02 пм, што је 282,01 пм. Међутим, иако рендгенска кристалографија даје растојање између јона, она не показује где је граница између тих јона, тако да не даје директно јонске радијусе.

Фронтални поглед на јединичну ћелију кристала ЛиИ, користећи Шенонове кристалне податке (Ли+ = 90 пм; I = 206 пм). Јодидни јони се скоро додирују (мада не сасвим), што указује да је Ландеова претпоставка прилично добра.

Ланде[2] је проценио јонске радијусе узимајући у обзир кристале у којима ањон и катјон имају велику разлику у величини, као што је ЛиИ. Литијум јони су толико мањи од јодидних јона да се литијум уклапа у отворе унутар кристалне решетке, дозвољавајући јодидним јонима да се додирују. То јест, претпоставља се да је растојање између два суседна јодида у кристалу двоструко веће од полупречника јодидног јона, за који је закључено да износи 214 пм. Ова вредност се може користити за одређивање других полупречника. На пример, међујонско растојање у РбИ је 356 пм, што даје 142 пм за јонски радијус Рб+. На овај начин су одређене вредности за полупречнике 8 јона.

Васастјерна је проценио јонске радијусе узимајући у обзир релативне запремине јона као што је утврђено из електричне поларизабилности утврђене мерењем индекса преламања.[3] Ове резултате је разрадио Виктор Голдшмит.[4] Васастјерна и Голдшмит су користили вредност од 132 пм за јон О2−.

Паулинг је користио ефективно нуклеарно наелектрисање за пропорцију удаљености између јона у ањонски и катјонски радијус.[5] Његови подаци дају О2− јону радијус од 140 пм.

Свеобухватни преглед кристалографских података довео је до објаве ревидираних јонских радијуса од стране Шенона.[6] Шенон даје различите полупречнике за различите координационе бројеве и за високо и ниско спинско стање јона. Да би био у складу са Полинговим радијусима, Шенон је користио вредност рион2−) = 140 пм; подаци који користе ту вредност се називају „ефикасним” јонским радијусима. Међутим, Шенон такође укључује податке засноване на рион2−) = 126 пм; подаци који користе ту вредност се називају „кристалним” јонским радијусима. Шенон наводи да се „осећа да полупречници кристала ближе одговарају физичкој величини јона у чврстом стању.“[6] Два скупа података су наведена у две табеле испод.

Кристални јонски радијуси у пм елемената као функција јонског наелектрисања и спина (лс = ниски спин, хс = високи спин).
Јони су 6-координатни осим ако је другачије назначено у заградама (е.г. "146 (4)" за 4-координатни Н3−).[6]
Број Име Симбол 3− 2− 1− 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Водоник Х 208 −4 (2)
3 Литијум Ли 90
4 Берилијум Бе 59
5 Бор Б 41
6 Угљеник C 30
7 Азот Н 132 (4) 30 27
8 Кисеоник О 126
9 Флуор Ф 119 22
11 Натријум На 116
12 Магнезијум Мг 86
13 Алуминијум Ал 67,5
14 Силицијум Си 54
15 Фосфор П 58 52
16 Сумпор С 170 51 43
17 Хлор Цл 167 26 (3пy) 41
19 Калијум К 152
20 Калцијум Ца 114
21 Скандијум Сц 88.5
22 Титанијум Ти 100 81 74,5
23 Ванадијум V 93 78 72 68
24 Хром лс Цр 87 75,5 69 63 58
24 Хром хс Цр 94
25 Манган лс Мн 81 72 67 47 (4) 39,5 (4) 60
25 Манган хс Мн 97 78,5
26 Гвожђе лс Фе 75 69 72,5 39 (4)
26 Гвожђе хс Фе 92 78,5
27 Кобалт лс Цо 79 68,5
27 Кобалт хс Цо 88,5 75 67
28 Никл лс Ни 83 70 62
28 Никл хс Ни 74
29 Бакар Цу 91 87 68 лс
30 Цинк Зн 88
31 Галијум Га 76
32 Германијум Ге 87 67
33 Арсен Ас 72 60
34 Селенијум Се 184 64 56
35 Бром Бр 182 73 (4сq) 45 (3пy) 53
37 Рубидијум Рб 166
38 Стронцијум Ср 132
39 Итријум Y 104
40 Цирконијум Зр 86
41 Ниобијум Нб 86 82 78
42 Молибден Мо 83 79 75 73
43 Техницијум Тц 78,5 74 70
44 Рутенијум Ру 82 76 70,5 52 (4) 50 (4)
45 Родијум Рх 80,5 74 69
46 Паладијум Пд 73 (2) 100 90 75,5
47 Сребро Аг 129 108 89
48 Кадмијум Цд 109
49 Индијум Ин 94
50 Калај Сн 83
51 Антимон Сб 90 74
52 Телур Те 207 111 70
53 Јод I 206 109 67
54 Ксенон 62
55 Цезијум Цс 167
56 Баријум Ба 149
57 Лантан Ла 117,2
58 Церијум Це 115 101
59 Празеодимијум Пр 113 99
60 Неодимијум Нд 143 (8) 112,3
61 Прометијум Пм 111
62 Самаријум См 136 (7) 109,8
63 Еуропијум Еу 131 108,7
64 Гадолинијум Гд 107,8
65 Тербијум Тб 106,3 90
66 Диспрозијум Дy 121 105,2
67 Холмијум Хо 104,1
68 Ербијум Ер 103
69 Талијум Тм 117 102
70 Итербијум 116 100,8
71 Лутецијум Лу 100,1
72 Хафнијум Хф 85
73 Тантал Та 86 82 78
74 Волфрам W 80 76 74
75 Ренијум Ре 77 72 69 67
76 Осмијум Ос 77 71,5 68,5 66,5 53 (4)
77 Иридијум Ир 82 76,5 71
78 Платина Пт 94 76,5 71
79 Злато Ау 151 99 71
80 Жива Хг 133 116
81 Талијум Тл 164 102,5
82 Олово Пб 133 91,5
83 Бизмут Би 117 90
84 Полонијум По 108 81
85 Астат Ат 76
87 Францијум Фр 194
88 Радијум Ра 162 (8)
89 Актинијум Ац 126
90 Торијум Тх 108
91 Протактинијум Па 116 104 92
92 Уранијум У 116,5 103 90 87
93 Нептунијум Нп 124 115 101 89 86 85
94 Плутонијум Пу 114 100 88 85
95 Америцијум Ам 140 (8) 111,5 99
96 Киријум Цм 111 99
97 Берклијум Бк 110 97
98 Калифорнијум Цф 109 96,1
99 Ајнштајнијум Ес 92,8[7]
Ефективни јонски радијуси у пм елемената као функција јонског наелектрисања и спина (лс = низак спин, хс = висок спин).
Јони су 6-координатни осим ако је другачије назначено у заградама (е.г. "146 (4)" за 4-координатни Н3−).[6]
Број Име Симбол 3− 2− 1− 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Водоник Х 139,9 −18 (2)
3 Литијум Ли 76
4 Берилијум Бе 45
5 Бор Б 27
6 Угљеник C 16
7 Азот Н 146 (4) 16 13
8 Кисеоник О 140
9 Флуор Ф 133 8
11 Натријум На 102
12 Магнезијум Мг 72
13 Алуминијум Ал 53,5
14 Силицијум Си 40
15 Фосфор П 212[8] 44 38
16 Сумпор С 184 37 29
17 Хлор Цл 181 12 (3пy) 27
19 Калијум К 138
20 Калцијум Ца 100
21 Скандијум Сц 74,5
22 Титанијум Ти 86 67 60,5
23 Ванадијум V 79 64 58 54
24 Хром лс Цр 73 61,5 55 49 44
24 Хром хс Цр 80
25 Манган лс Мн 67 58 53 33 (4) 25,5 (4) 46
25 Манган хс Мн 83 64,5
26 Гвожђе лс Фе 61 55 58,5 25 (4)
26 Гвожђе хс Фе 78 64,5
27 Кобалт лс Цо 65 54.5
27 Кобалт хс Цо 74,5 61 53
28 Никл лс Ни 69 56 48
28 Никл хс Ни 60
29 Бакар Цу 77 73 54 лс
30 Цинк Зн 74
31 Галијум Га 62
32 Германијум Ге 73 53
33 Арсен Ас 58 46
34 Селенијум Се 198 50 42
35 Бром Бр 196 59 (4сq) 31 (3пy) 39
37 Рубидијум Рб 152
38 Стронцијум Ср 118
39 Итријум Y 90
40 Цирконијум Зр 72
41 Ниобијум Нб 72 68 64
42 Молибден Мо 69 65 61 59
43 Технецијум Тц 64,5 60 56
44 Рутенијум Ру 68 62 56,5 38 (4) 36 (4)
45 Родијум Рх 66,5 60 55
46 Паладијум Пд 59 (2) 86 76 61,5
47 Сребро Аг 115 94 75
48 Кадмијум Цд 95
49 Индијум Ин 80
50 Калај Сн 102[9] 69
51 Антимон Сб 76 60
52 Телур Те 221 97 56
53 Јод I 220 95 53
54 Ксенон 48
55 Цезијум Цс 167
56 Баријум Ба 135
57 Лантан Ла 103,2
58 Церијум Це 101 87
59 Празеодимијум Пр 99 85
60 Неодимијум Нд 129 (8) 98.3
61 Прометијум Пм 97
62 Самаријум См 122 (7) 95,8
63 Еуропијум Еу 117 94,7
64 Гадолинијум Гд 93,5
65 Тербијум Тб 92,3 76
66 Диспрозијум Дy 107 91,2
67 Холмијум Хо 90,1
68 Ербијум Ер 89
69 Тулијум Тм 103 88
70 Итербијум 102 86,8
71 Лутецијум Лу 86,1
72 Хафнијум Хф 71
73 Тантал Та 72 68 64
74 Волфрам W 66 62 60
75 Ренијум Ре 63 58 55 53
76 Осмијум Ос 63 57,5 54,5 52,5 39 (4)
77 Иридијум Ир 68 62,5 57
78 Платина Пт 80 62,5 57
79 Злато Ау 137 85 57
80 Жива Хг 119 102
81 Талијум Тл 150 88,5
82 Олово Пб 119 77,5
83 Бизмут Би 103 76
84 Полонијум По 223[10] 94 67
85 Астат Ат 62
87 Францијум Фр 180
88 Радијум Ра 148 (8)
89 Актинијум Ац 106,5 (6)
122,0 (9)[11]
90 Торијум Тх 94
91 Протактинијум Па 104 90 78
92 Уранијум У 102,5 89 76 73
93 Нептунијум Нп 110 101 87 75 72 71
94 Плутонијум Пу 100 86 74 71
95 Америцијум Ам 126 (8) 97,5 85
96 Киријум Цм 97 85
97 Берклијум Бк 96 83
98 Калифорнијум Цф 95 82,1
99 Ајнштајнијум Ес 83,5[7]

Модел меке сфере

[уреди | уреди извор]
Јонски радијус меке-сфере (у пм) појединих јона
Катјон, M РM Ањон, X РX
Ли+ 109,4 Цл 218,1
На+ 149,7 Бр 237,2

За многа једињења, модел јона као тврдих сфера не репродукује растојање између јона, , до тачности са којом се може мерити у кристалима. Један приступ побољшању израчунате тачности је моделовање јона као „меких сфера” које се преклапају у кристалу. Пошто се јони преклапају, њихово раздвајање у кристалу биће мање од збира полупречника њихових меких сфера.[12] Однос између јонских полупречника меких сфера, и , анд , је дат са

,

где је експонент који варира у зависности од типа кристалне структуре. У моделу тврде сфере, би било 1, што би дало .

Поређење између уочених и израчунатих одвајања јона (ин пм)
MX Уочено Модел меке сфере
ЛиЦл 257,0 257,2
ЛиБр 275,1 274,4
НаЦл 282,0 281,9
НаБр 298,7 298,2

У моделу меке сфере, има вредност између 1 и 2. На пример, за кристале халогенида групе 1 са структуром натријум хлорида, вредност од 1,6667 даје добру сагласност са експериментом. Део јонских радијуса меке сфере је наведен у табели. Ови радијуси су већи од полупречника кристала датих горе (Ли+, 90 пм; Цл, 167 пм). Интер-јонске сепарације израчунате овим радијусима дају изузетно добро слагање са експерименталним вредностима. Није дато теоријско оправдање за једначину која садржи .

Несферични јони

[уреди | уреди извор]

Концепт јонских радијуса заснива се на претпоставци сферног облика јона. Међутим, са групно-теоријске тачке гледишта претпоставка је оправдана само за јоне који се налазе на местима кристалне решетке високе симетрије као што су На и Цл у халиту или Зн и С у сфалериту. Може се направити јасна разлика када се узме у обзир тачка групе симетрије одговарајућег места решетке,[13] које су кубне групе Ох и Тд у НаЦл и ЗнС. За јоне на местима ниже симетрије може доћи до значајних одступања њихове електронске густине од сферног облика. Ово посебно важи за јоне на местима поларне симетрије решетке, а то су кристалографске тачке групе C1, C1х, Cн или Cнв, н = 2, 3, 4 или 6.[14] Детаљна анализа геометрије везивања је недавно спроведена за једињења типа пирита, где се моновалентни јони халкогена налазе на C3 местима решетке. Утврђено је да се јони халкогена морају моделовати елипсоидним дистрибуцијама наелектрисања са различитим радијусима дуж осе симетрије и окомито на њу.[15]

Референце

[уреди | уреди извор]
  1. ^ Он тхе басис оф цонвентионал иониц радии, Аг+ (129 пм) ис индеед ларгер тхан На+ (116 пм)
  2. ^ Ландé, А. (1920). „Üбер дие Грößе дер Атоме”. Зеитсцхрифт фüр Пхyсик. 1 (3): 191—197. Бибцоде:1920ЗПхy....1..191Л. С2ЦИД 124873960. дои:10.1007/БФ01329165. Архивирано из оригинала 3. 2. 2013. г. Приступљено 1. 6. 2011. 
  3. ^ Wасастјерна, Ј. А. (1923). „Он тхе радии оф ионс”. Цомм. Пхyс.-Матх., Соц. Сци. Фенн. 1 (38): 1—25. 
  4. ^ Голдсцхмидт, V. M. (1926). Геоцхемисцхе Вертеилунгсгесетзе дер Елементе. Скрифтер Норске Виденскапс—Акад. Осло, (I) Мат. Натур.  Тхис ис ан 8 волуме сет оф боокс бy Голдсцхмидт.
  5. ^ Паулинг, L. (1960). Тхе Натуре оф тхе Цхемицал Бонд (3рд Едн.). Итхаца, НY: Цорнелл Университy Пресс.
  6. ^ а б в г Р. D. Сханнон (1976). „Ревисед еффецтиве иониц радии анд сyстематиц студиес оф интератомиц дистанцес ин халидес анд цхалцогенидес”. Ацта Црyсталлогр А. 32 (5): 751—767. Бибцоде:1976АцЦрА..32..751С. дои:10.1107/С0567739476001551Слободан приступ. 
  7. ^ а б Р. Г. Хаире, Р. D. Баyбарз: "Идентифицатион анд Аналyсис оф Еинстеиниум Сесqуиоxиде бy Елецтрон Диффрацтион", ин: Јоурнал оф Инорганиц анд Нуцлеар Цхемистрy, 1973, 35 (2), С. 489–496; doi:10.1016/0022-1902(73)80561-5.
  8. ^ „Атомиц анд Иониц Радиус”. Цхемистрy ЛибреТеxтс. 3. 10. 2013. 
  9. ^ Сидеy, V. (децембар 2022). „Он тхе еффецтиве иониц радии фор тхе тин(II) цатион”. Јоурнал оф Пхyсицс анд Цхемистрy оф Солидс. 171 (110992). дои:10.1016/ј.јпцс.2022.110992Слободан приступ. 
  10. ^ Сханнон, Р. D. (1976), „Ревисед Еффецтиве Иониц Радии анд Сyстематиц Студиес оф Интератомиц Дистанцес ин Халидес анд Цхалцогенидес”, Ацта Црyсталлогр. А, 32 (5): 751—67, Бибцоде:1976АцЦрА..32..751С, дои:10.1107/С0567739476001551Слободан приступ .
  11. ^ Деблонде, Гаутхиер Ј.-П.; Заварин, Маврик; Керстинг, Анние Б. (2021). „Тхе цоординатион пропертиес анд иониц радиус оф ацтиниум: А 120-yеар-олд енигма”. Цоординатион Цхемистрy Ревиеwс. Елсевиер БВ. 446: 214130. ИССН 0010-8545. дои:10.1016/ј.ццр.2021.214130Слободан приступ. 
  12. ^ Ланг, Петер Ф.; Смитх, Баррy C. (2010). „Иониц радии фор Гроуп 1 анд Гроуп 2 халиде, хyдриде, флуориде, оxиде, сулфиде, селениде анд теллуриде црyсталс”. Далтон Трансацтионс. 39 (33): 7786—7791. ПМИД 20664858. дои:10.1039/Ц0ДТ00401Д. 
  13. ^ Х. Бетхе (1929). „Термауфспалтунг ин Кристаллен”. Аннален дер Пхyсик. 3 (2): 133—208. Бибцоде:1929АнП...395..133Б. дои:10.1002/андп.19293950202. 
  14. ^ M. Биркхолз (1995). „Црyстал-фиелд индуцед диполес ин хетерополар црyсталс – I. цонцепт”. З. Пхyс. Б. 96 (3): 325–332. Бибцоде:1995ЗПхyБ..96..325Б. ЦитеСеерX 10.1.1.424.5632Слободан приступ. С2ЦИД 122527743. дои:10.1007/БФ01313054. 
  15. ^ M. Биркхолз (2014). „Моделинг тхе Схапе оф Ионс ин Пyрите-Тyпе Црyсталс”. Црyсталс. 4 (3): 390—403. дои:10.3390/црyст4030390Слободан приступ. 

Спољашње везе

[уреди | уреди извор]