On hyvin tiedossa, että siirryttäessä alas p-lohkoelementtien ryhmässä atomisäteen odotetaan kasvavan. Gallium on kuitenkin poikkeus. Atomisäde eli galliumin metallisäde ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) on pienempi kuin alumiinin (143 $ ~ \ mathrm {pm} $) säde.
Kirjassa on seuraava syy :
Tämä johtuu 10 ylimääräisen d-elektronin läsnäolosta galliumissa, jotka tarjoavat heikon seulontaefektin ulkoelektroneille lisääntyneestä ydinvarauksesta.
Mutta jos näin on, miksi vaikutus ei ole sama raskaampien jäsenten tapauksessa?
Lisäksi on oltava jokin muu, joka hallitsee tätä galliumin poikkeuksellista ominaisuutta. Ehkä rakenne, mutta en ole varma. Voiko joku tarkentaa?
Kommentit
- En ole varma arvoistasi, mutta kirjan selitys saa minut ajattelemaan, että galliumissa on melko vähän atomia säde, koska 4s, 3d ja 4p elektronit ovat niin lähellä toisiaan, että 3d ei suojaa 4s ja p elektroneja kokonaan ydinvaralta. Se on enemmän kuin yksi iso taso, jossa on 13 elektronia.
Vastaa
Ensinnäkin sinun on tarkasteltava metallisen säteen määritelmä, joka on ristikon kahden atomin välinen puolimatka. Se riippuu merkittävästi kiteiden rakenteesta.
Kysymykseen ja muihin vastauksiin liittyvä tangetti:
Galliumilla on ortorombinen kristallirakenne (CN = 6), kun taas alumiinina on kasvokeskeinen kuutiomainen kristallirakenne (CN = 12). Tämä ero koordinaatiossa vaatii goldschmidt-korjauksen arvojen vertaamiseksi ikään kuin gallium olisi 12-koordinoitu, mikä tekee galliumin korjatusta metallisäteestä vielä pienemmän verrattuna alumiiniin noin $ \ mathrm {130pm} $.
Gallium esiintyy hilassa diatomisena kiinteänä aineena, mikä aiheuttaa atomien olevan lähempänä toisiaan a akseli, koska ne ovat kovalenttisesti sidoksissa. Galliumin kovalenttinen säde on noin $ \ mathrm {122pm} $, joka on paljon pienempi kuin kummankin elementin metallisäteet. Tämä sitoutuneiden atomien välinen arvo pienentää atomien keskimääräistä etäisyyttä, mikä antaa galliumille pienemmän metallisen säteen.
Jos tarkastellaan alkuaineiden Van der Waals -säteitä (edustaa enemmän monoatomista kaasumaista atomia), saat katso, että alumiini on itse asiassa pienempi, vaikkakaan ei paljon, mikä antaa jonkin verran varmuutta d-elektronien selityksille, mutta ei täydellistä selitystä metallisen säteen suhteen.
Vastaus
Jokaisen ylimääräisen protoniin, joka lisätään ytimeen, vetovoima ytimen ja elektronien välillä kasvaa ja siten aaltofunktio supistuu. Tämä suuntaus on ilmeisin, kun siirrytään vaakasuoraan ryhmää pitkin: litiumatomi on paljon suurempi kuin neoniatomi, vaikka valenssielektronit olisivat samassa kuoressa – ja se pätee jopa boorin ja neonin väliseen eroon, jos haluat rajoita se yksittäiseen alikuoreen.
Aina kun uusi kuori avataan, atomisäde hyppää ylöspäin, koska näiden (eli kvanttimekaniikan laskelmien mukaan) on aina suurempi vaikutus kauemmas ytimestä, vähintään yksi ylimääräinen lohko. Toistaiseksi perusasiat.
Mitä tapahtuu, kun siirrytään alumiinista galliumiin? Meidän on harkittava tapausta, kun käymme jaksollisen taulukon läpi vastaavista alkalimetalleista natriumista ja kaliumista. Natriumista on kaksi vaihetta alumiiniin, mutta kaliumista galliumiin on 12 vaihetta – koko kolmiulohko on kiilautunut väliin. Hypoteettisesta lähtökohdasta kokee siis paljon suuremman supistumisen siihen mennessä, kun saavutamme galliumin, verrattuna alumiiniin.
Huomaa, että ei ole merkitystä, että kolmiulotteiset elektronit ovat siellä ja suojaavat. Suojauksella ei ole niin suurta roolia, kuten usein sanotaan.
Toinen askel voidaan kokea siirryttäessä indiumista talliumiin. Täällä meillä on yhtäkkiä 4f elementtiä välissä ja siten indiumin ja talliumin säteet ovat jälleen melko samanlaisia.
Vastaus
Kuten Josephin yllä olevassa kommentissa viitataan, galliumin 3d-elektroneilla on heikko suojaus, mikä aiheuttaa ilmiön, joka tunnetaan nimellä ”d-lohkon supistuminen”, kuten elementit Ga: sta Br: iin huolimatta ovat. d-kiertoradan käyttöönotto tarkoittaa, että Ga: lla on huomattavasti enemmän protoneja (31 vs. 13), joten positiivisesti varautuneella ytimellä on paljon suurempi vetovoima Ga: ssa kuin Al: ssa. D-lohkon supistumisen takia ydin pystyy käyttämään paljon suurempaa vetovoimaa uloimpien s- ja p-tason elektronien kohdalla, mikä vähentää atomisädettä.Tämä aiheuttaa myös Ga: n ionisaatiopotentiaalin korkeamman kuin Al: n, kun normaali suuntaus on, että ionisaatiopotentiaali pienenee alas ryhmään.