Es ist allgemein bekannt, dass beim Herunterfahren der Gruppe von p-Block-Elementen der Atomradius voraussichtlich zunehmen wird. Gallium ist jedoch eine Ausnahme. Der Atomradius, dh der metallische Radius von Gallium ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $), ist kleiner als der von Aluminium ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Mein Buch liefert den folgenden Grund :
Es ist auf das Vorhandensein zusätzlicher 10 d-Elektronen in Gallium zurückzuführen, die einen schlechten Abschirmeffekt für die äußeren Elektronen aufgrund der erhöhten Kernladung bieten.
Aber wenn dies der Fall ist, warum ist der Effekt bei den schwereren Mitgliedern nicht der gleiche?
Darüber hinaus muss es noch etwas geben, das diese außergewöhnliche Eigenschaft von Gallium regelt. Vielleicht die Struktur, aber ich bin nicht sicher. Kann jemand etwas näher erläutern?
Kommentare
- Ich bin mir Ihrer Werte nicht sicher, aber die Bucherklärung lässt mich denken, dass Gallium ein ziemlich niedriges Atom hat Radius, weil die 4s, 3d und 4p Elektronen so nahe beieinander liegen, dass die 3d die 4s und p Elektronen nicht vollständig vor der Kernladung abschirmen. Es ist eher eine große Ebene mit 13 Elektronen.
Antwort
Zuerst müssen Sie sich die ansehen Definition des metallischen Radius, der der halbe Abstand zwischen zwei Atomen in einem Gitter ist. Es hat eine signifikante Abhängigkeit von der Kristallstruktur.
Für die Frage und andere Antworten relevanter Tanget:
Gallium hat eine orthorhombische Kristallstruktur (CN = 6), während Aluminium eine flächenzentrierte kubische Kristallstruktur (CN = 12) aufweist. Dieser Unterschied in der Koordination erfordert eine Goldschmidt-Korrektur , um Werte so zu vergleichen, als ob Gallium 12-koordiniert wäre, was den korrigierten Metallradius des Galliums im Vergleich zu Aluminium bei sogar noch kleiner macht ungefähr $ \ mathrm {130pm} $.
Gallium liegt als zweiatomiger Feststoff im Gitter vor, wodurch die Atome auf dem eine Achse, weil sie kovalent gebunden sind. Der kovalente Radius von Gallium beträgt ungefähr $ \ mathrm {122pm} $, was sehr viel kleiner ist als die metallischen Radien beider Elemente. Dieser Wert zwischen den gebundenen Atomen verringert den durchschnittlichen Abstand zwischen Atomen, wodurch Gallium einen geringeren Metallradius erhält.
Wenn Sie sich die Van-der-Waals-Radien der Elemente ansehen (repräsentativer für ein einatomiges Gasatom), werden Sie dies tun sehen Sie, dass Aluminium tatsächlich kleiner ist, wenn auch nicht viel, was den Erklärungen der d-Elektronen eine gewisse Glaubwürdigkeit verleiht, aber keine vollständige Erklärung in Bezug auf den metallischen Radius.
Antwort
Mit jedem zusätzlichen Proton, das einem Kern hinzugefügt wird, wird die Anziehungskraft zwischen dem Kern und den Elektronen erhöht und somit die Wellenfunktion kontrahiert. Dieser Trend ist am offensichtlichsten, wenn man sich horizontal entlang einer Gruppe bewegt: Ein Lithiumatom ist viel größer als ein Neonatom, obwohl sich die Valenzelektronen in derselben Hülle befinden – und es gilt sogar für den Unterschied zwischen Bor und Neon, wenn Sie möchten Beschränken Sie es auf eine einzelne Unterschale.
Jedes Mal, wenn eine neue Schale geöffnet wird, springt der Atomradius nach oben, da diese immer (dh quantenmechanische Berechnungen sagen dies) einen größeren Beitrag haben, der mindestens weiter vom Kern entfernt ist ein zusätzlicher Lappen. Bisher die Grundlagen.
Was passiert beim Übergang von Aluminium zu Gallium? Wir sollten den Fall berücksichtigen, wenn wir das Periodensystem von den entsprechenden Alkalimetallen Natrium und Kalium durchgehen. Von Natrium sind es zwei Schritte bis Aluminium, aber von Kalium bis Gallium sind es 12 Schritte – der gesamte 3D-Block ist dazwischen eingeklemmt. Ausgehend von einem hypothetischen Ausgangspunkt erfahren wir daher eine viel größere Kontraktion, wenn wir Gallium erreichen, im Vergleich zu Aluminium.
Beachten Sie, dass es irrelevant ist, dass die 3D-Elektronen vorhanden sind und „abschirmen“. Die Abschirmung spielt keine so große Rolle, wie oft gesagt wird.
Ein weiterer „Schritt“ kann beim Übergang von Indium zu Thallium erlebt werden. Hier sitzen plötzlich 4f Elemente dazwischen und daher sind die Radien von Indium und Thallium wieder ziemlich ähnlich.
Antwort
Wie Josephs Kommentar oben anspielt, weisen die 3d-Elektronen in Gallium eine schlechte Abschirmung auf, was ein Phänomen verursacht, das als „D-Block-Kontraktion“ bekannt ist, wie es bei Elementen von Ga bis Br zu sehen ist. Obwohl sie zur gleichen Gruppe wie Aluminium gehören, sind die Die Einführung des d-Orbitals bedeutet, dass Ga signifikant mehr Protonen hat (31 vs 13), so dass der positiv geladene Kern in Ga eine viel größere Zugkraft aufweist als in Al. Aufgrund der D-Block-Kontraktion kann der Kern eine viel größere Zugkraft ausüben auf der äußersten s- und p-Ebene Elektronen, wodurch der Atomradius verringert wird.Dies führt auch dazu, dass das Ionisationspotential von Ga höher ist als das von Al, wenn der normale Trend darin besteht, dass das Ionisationspotential in einer Gruppe abnimmt.