Je dobře známou skutečností, že při přesunu dolů o skupinu prvků p-bloku se očekává, že se poloměr atomu zvýší. Gallium je však výjimkou. Atomový poloměr, tj. Kovový poloměr gália ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) je menší než u hliníku ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Moje kniha uvádí následující důvod :
Je to způsobeno přítomností dalších 10 d-elektronů v galii, které nabízejí špatný screeningový účinek na vnější elektrony ze zvýšeného jaderného náboje.
Ale pokud tomu tak je, proč není účinek stejný u těžších členů?
Navíc musí existovat něco jiného, co řídí tuto výjimečnou vlastnost gália. Možná struktura, ale nejsem si jistý. Může to někdo upřesnit?
Komentáře
- Nejsem si jistý vašimi hodnotami, ale vysvětlení knihy mě vede k názoru, že gallium má poměrně nízký atom poloměr, protože elektrony 4s, 3d a 4p jsou tak blízko u sebe, že 3d ne zcela odstraňuje elektrony 4s a p před jaderným nábojem. Je to spíš jako jedna velká úroveň s 13 elektrony.
Odpověď
Nejprve se musíte podívat na definice kovového poloměru, což je poloviční vzdálenost mezi dvěma atomy v mřížce. Má významnou závislost na krystalové struktuře.
Tanget relevantní pro otázku a další odpovědi:
Gallium má ortorombickou krystalovou strukturu (CN = 6), zatímco hliník má krychlovou strukturu se středem tváře (CN = 12). Tento rozdíl v koordinaci vyžaduje goldschmidtovu korekci , aby bylo možné porovnat hodnoty, jako by bylo galium 12 koordinované, což činí korigovaný kovový poloměr gália ve skutečnosti ještě menší ve srovnání s hliníkem asi $ \ mathrm {130pm} $.
Gallium existuje jako diatomická pevná látka v mřížce, což způsobí, že atomy budou na a osa, protože jsou kovalentně spojeny. Galliův kovalentní poloměr je přibližně $ \ mathrm {122pm} $, což je mnohem menší než kovové poloměry každého prvku. Tato hodnota mezi vázanými atomy snižuje průměrnou vzdálenost mezi atomy, čímž dává galiu nižší kovový poloměr.
Pokud se podíváte na Van der Waalsovy poloměry prvků (reprezentativnější pro jednoatomový plynný atom), vidět, že hliník je ve skutečnosti menší, i když ne o hodně, což dává jistou důvěryhodnost vysvětlení d-elektronů, ale ne úplné vysvětlení, pokud jde o kovový poloměr.
Odpověď
S každým dalším protonem, který je přidán k jádru, se zvyšuje přitažlivost mezi jádrem a elektrony, a tím se zmenšuje vlnová funkce. Tento trend je nejzřetelnější, když jdeme vodorovně po skupině: atom lithia je mnohem větší než atom neon, i když jsou valenční elektrony ve stejné skořápce – a to platí dokonce i pro rozdíl mezi bórem a neonem, pokud chcete omezte jej na jeden subshell.
Pokaždé, když se otevře nový shell, atomový poloměr vyskočí nahoru, protože tyto vždy (tj. výpočty kvantové mechaniky to říkají) mají větší příspěvek dále od jádra s alespoň jeden další lalok. Zatím základy.
Co se stane, když přejdeme z hliníku na gálium? Měli bychom zvážit případ, když procházíme periodickou tabulkou z odpovídajících alkalických kovů sodíku a draslíku. Od sodíku jsou to dva kroky k hliníku, ale od draslíku ke galliu je to 12 kroků – celý 3d blok je zaklíněn mezi nimi. Z hypotetického výchozího bodu tedy pociťujeme mnohem větší kontrakci v době, kdy dosáhneme gália ve srovnání s hliníkem.
Všimněte si, že je irelevantní, že jsou tam 3d elektrony a „stínění“. Stínění nehraje tak velkou roli, jak se často říká.
Při přechodu z india na thalium může dojít k dalšímu „kroku“. Tady najednou máme mezi sebou posazené 4f prvky, takže poloměry india a thalia jsou opět docela podobné.
Odpověď
Jak zmiňuje výše uvedený komentář Josefa, 3d elektrony v Galliu vykazují špatné stínění, což způsobuje jev známý jako „kontrakce d-bloku“, jak je vidět u prvků od Ga po Br. Navzdory tomu, že je ve stejné skupině jako hliník, zavedení d-orbitálních prostředků Ga má podstatně více protonů (31 vs 13), takže kladně nabité jádro má mnohem větší tah v Ga než v Al. Kvůli kontrakci d-bloku je jádro schopné vyvíjet mnohem větší tahovou sílu na nejvzdálenějších elektronech na úrovni s a p, čímž se zmenší poloměr atomu.To také způsobí, že ionizační potenciál Ga bude vyšší než potenciál Al, když je běžným trendem, že ionizační potenciál klesá o skupinu.