Chuyên đề - So sánh bán kính nguyên tử giữa nguyên tử và ion

CHUYÊN ĐỀ: SO SÁNH BÁN KINH NGUYÊN TỬ


Vấn đề so sánh bán kính nguyên tử của các nguyên tử và ion là một trong những vấn đề mà nhiều em học sinh hay có sự nhầm lẫn và mắc phải sai xót. Việc so sánh bán kính của các nguyên tử và các ion trong chương trình học trên lớp, các em học sinh chỉ được nói qua trong chương trình ban cơ bản (nhắc sơ lược qua Bài 09: Sự biến đổi tuần hoàn tính chất của các nguyên tố hóa học. Định luật tuần hoàn và được nói kĩ hơn trong chương trình ban nâng cao: Bài 11: Sự biến đổi một số đại lượng vật lí của các nguyên tố hóa học). Nhưng chúng chưa có sự phân tích sâu và chi tiết (.
Với mong muốn giúp đỡ các em học sinh, giúp các em hiểu rõ hơn về chuyên đề này, tôi gửi tới các bạn bài viết này. Tôi mong rằng với nguồn tư liệu này sẽ giúp hữu ích cho các em cũng như các bạn đồng nghiệp trong quá trình tìm hiểu về chuyên đề này (.
--------------------------- o O o ---------------------------
Trong nguyên tử, các electron chuyển động rất nhanh trong khu vực xung quanh hạt nhân nguyên tử không theo những quỹ đạo xác định tạo nên vỏ nguyên tử hỗn độn xung quanh hạt nhân nguyên tử tạo thành lớp vỏ nguyên tử. Nên về mặt lí thuyết sẽ không có đường biên rõ nét của vị trí các electron, nhưng có thể vẽ thành một mặt cong bao quanh hầu như toàn bộ vị trí của các electron.


Bán kính nguyên tử phụ thuộc vào bản chất nguyên tử, đặc điểm liên kết hóa học, độ bội liên kết, cấu trúc tinh thể => Bán kính nguyên tử hoặc ion được xác định phải gắn liền với 1 kiểu liên kết hóa học xác định.
Bán kính nguyên tử kim loại:
Được xác định bằng 1/2 khoảng cách giữa 2 hạt nhân nguyên tử trong tinh thể.


Bán kính cộng hóa trị:
Được xác định bằng 1/2 khoảng cách giữa các hạt nhân trong phân tử hoặc các định thể đơn chất tương ứng:
Ví dụ: Trong phân tử H2 và Cl2, người ta xác định được khoảng cách giữa tâm của hai nguyên tử hidro là 0,74
và giữa tâm của hai nguyên tử clo là 1,98
=> rH = 0,37
và rCl = 0,99
.
Đối với bán kính của O, C và S chẳng hạn, có thể xác định bằng cách đo khoảng cách O – H, C – Cl, H – S trong các phân tử H2O, CCl4 và H2S.
Bằng cách đó hoặc 1 vài cách khác ta có thể xác định được bán kính nguyên tử của hầu hết các nguyên tố. Người ta còn biết rằng, trong một phân tử cộng hóa trị AB, độ dài lien kết A – B gần bằng một nữa khoảng cách A – A cộng với nửa khoảng cách B – B. Vì vậy biết bán kính nguyên tử, ta có thể đánh giá được một cách gần đúng độ dài lien kết hóa học.
Khi chụi tác dụng của một yếu tố, các electron trong lớp vỏ có thể bị tách ra khỏi nguyên tử tạo thành các cation (ion dương) hoặc nhận thêm các electron (ion âm). Qua đó một nguyên tử có thể tồn tại ở dạng nguyên tử hay dạng ion => Có bán kính nguyên tử và bán kính ion nguyên tử.
Bán kinh ion nguyên tử:
Khoảng cách giữa 2 hạt nhân của cation và anion ở trong tinh thể bằng tổng bán kính nguyên tử của cation và anion. Bằng thực nghiệm, khoảng cách giữa các cation và anion của một loạt các tinh thể ion (bằng phương pháp nhiễu xạ tia X, phổ vi sóng, …) người ta có thể xác định được bán kinh của các ion riêng biệt.
Ví dụ: Khoảng cách giữa 2 hạt nhân của ion Na+ và F- bằng 2.31
.
-
(được xđ bằng pp quang học) = 1.35
(
= 2.31 – 1.35 = 0.96

Trong chương trình hóa học phổ thông (, chúng ta thường có bài tập dạng so sánh bán kính nguyên tử và bán kính của ion (amin – ion âm; cation – ion dương) dựa trên cơ sở của lí thuyết về mặt cấu hình electron và điện tích của hạt nhân. Vì vậy, để so sánh được chính xác (ở mức độ lý thuyết) chúng ta cần chú ý và quan tâm tới lớp vỏ nguyên tử và điện tích của hạt nhân để có căn cứ so sánh.
+ Số lớp electron tăng thì bán kinh nguyên tử tăng (tỉ lệ thuận với bán kính)
+ Điện tích hạt nhân càng lớn thì bán kính nguyên tử càng giảm (tỉ lệ nghịch với bán kính)
Bán kính nguyên tử
+ Trong một chu kì: Theo chiều tăng dần của điện tích hạt nhân (đi từ trái sang phải) trong một chu kỳ thì bán kính nguyên tử giảm: