Det er en velkendt kendsgerning, at atomradius forventes at stige, når man bevæger sig ned ad gruppen af p-blokelementer. Gallium er dog en undtagelse. Atomradien, dvs. den metalliske radius af gallium ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) er mindre end aluminiums ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Min bog giver følgende grund :
Det skyldes tilstedeværelsen af yderligere 10 d-elektroner i gallium, som giver dårlig screeningseffekt for de ydre elektroner fra den øgede nukleare ladning.
Men hvis det er tilfældet, hvorfor er effekten ikke den samme i tilfælde af de tungere medlemmer?
Desuden skal der være noget andet, der styrer denne ekstraordinære egenskab ved gallium. Måske strukturen, men jeg er ikke sikker. Kan nogen uddybe?
Kommentarer
- Jeg er ikke sikker på dine værdier, men bogforklaringen får mig til at tro, at gallium har et ret lavt atomart radius, fordi 4s, 3d og 4p elektronerne er så tæt på hinanden, at 3d ikke helt afskærmer 4s og p elektronerne fra atomladningen. Det ligner mere et stort niveau med 13 elektroner.
Svar
Først skal du se på definition af metallisk radius, som er den halve afstand mellem to atomer i et gitter. Det har en betydelig afhængighed af krystalstruktur.
Tanget relevant for spørgsmålet og andre svar:
Gallium har en orthorhombisk krystalstruktur (CN = 6), mens aluminium har en ansigt-centreret kubisk krystalstruktur (CN = 12). Denne forskel i koordination kræver en goldschmidt-korrektion for at sammenligne værdier som om gallium var 12-koordineret, hvilket gør galliums korrigerede metalliske radius faktisk endnu mindre sammenlignet med aluminium ved omkring $ \ mathrm {130pm} $.
Gallium findes som et diatomisk fast stof i gitteret, hvilket får atomerne til at være tættere på hinanden på en akse, fordi de er kovalent bundet. Galliums kovalente radius er omkring $ \ mathrm {122pm} $, hvilket er meget mindre end de metalliske radier for begge elementer. Denne værdi mellem de bundne atomer sænker den gennemsnitlige afstand mellem atomer, der giver gallium en lavere metallisk radius.
Hvis du ser på elementerne i Van der Waals-radien (mere repræsentativ for et monoatomisk gasatom) vil du se, at aluminium faktisk er mindre, men ikke meget, hvilket giver d-elektronerne forklaringer, men ikke en komplet forklaring med hensyn til den metalliske radius.
Svar
For hver ekstra proton, der føjes til en kerne, øges tiltrækningen mellem kernen og elektronerne, og således er bølgefunktionen trukket sammen. Denne tendens er mest åbenbar, når man går vandret langs en gruppe: et lithiumatom er meget større end et neonatom, selvom valenselektronerne er i samme skal – og det gælder endda forskellen mellem bor og neon, hvis man vil begrænse det til en enkelt subshell.
Hver gang en ny skal åbnes, springer atomradius opad, da disse altid (dvs. kvantemekaniske beregninger siger det) har et større bidrag længere væk fra kernen med mindst en ekstra lap. Indtil videre det grundlæggende.
Hvad sker der, når man går fra aluminium til gallium? Vi bør overveje tilfældet, når vi går over det periodiske system fra de tilsvarende alkaliske metaller natrium og kalium. Fra natrium er det to trin til aluminium, men fra kalium til gallium er 12 trin – hele 3d-blokken er klemt imellem. Fra et hypotetisk udgangspunkt oplever vi således en meget større sammentrækning, når vi når gallium sammenlignet med aluminium.
Bemærk, at det er irrelevant, at de 3d elektroner er der og afskærmer. Afskærmning spiller ikke så stor en rolle, som det ofte siges.
Et andet trin kan opleves, når man går fra indium til thallium. Her har vi pludselig 4f-elementer, der ligger midt imellem, og radierne af indium og thallium er igen ret ens.
Svar
Som Josephs kommentar ovenfor henviser til, udviser 3d-elektronerne i Gallium dårlig afskærmning, hvilket forårsager et fænomen kendt som “d-blok-sammentrækning” set i elementer fra Ga til Br. På trods af at de er i samme gruppe som aluminium, er introduktion af d-orbital betyder, at Ga har betydeligt flere protoner (31 vs 13), så den positivt ladede kerne har et meget større træk i Ga end i Al. På grund af d-blok sammentrækning er kernen i stand til at udøve meget større trækkraft på de yderste s- og p-niveau elektroner, hvorved atomradius reduceres.Dette medfører også, at Gas ioniseringspotentiale er højere end Al, når den normale tendens er, at ioniseringspotentialet falder ned i en gruppe.