Cest un fait bien connu quen descendant le groupe déléments du bloc p, le rayon atomique devrait augmenter. Cependant, le gallium est une exception. Le rayon atomique, cest-à-dire le rayon métallique du gallium (135 $ ~ \ mathrm {pm} $) est inférieur à celui de laluminium (143 $ ~ \ mathrm {pm} $).
Mon livre fournit la raison suivante :
Cela est dû à la présence de 10 électrons d supplémentaires dans le gallium qui offrent un mauvais effet de blindage pour les électrons externes de laugmentation de la charge nucléaire.
Mais si tel est le cas, pourquoi leffet nest-il pas le même dans le cas des membres plus lourds?
De plus, il doit y avoir autre chose qui régit cette propriété exceptionnelle du gallium. Peut-être la structure, mais je ne suis pas sûr. Quelquun peut-il élaborer?
Commentaires
- Je ne suis pas sûr de vos valeurs, mais lexplication du livre me porte à penser que le gallium a un atomique assez faible rayon parce que les électrons 4s, 3d et 4p sont si proches les uns des autres que les 3d ne protègent pas complètement les électrons 4s et p de la charge nucléaire. Cest plutôt un grand niveau avec 13 électrons.
Réponse
Tout dabord, vous devez regarder le définition du rayon métallique, qui est la demi-distance entre deux atomes dans un réseau. Il dépend fortement de la structure cristalline.
Tanget correspondant à la question et autres réponses:
Le gallium a une structure cristalline orthorhombique (CN = 6) alors que laluminium a une structure cristalline cubique à faces centrées (CN = 12). Cette différence de coordination nécessite une correction goldschmidt pour comparer les valeurs comme si le gallium était coordonné en 12, ce qui rend le rayon métallique corrigé du gallium encore plus petit que celui de laluminium à environ $ \ mathrm {130pm} $.
Le gallium existe sous la forme dun solide diatomique dans le réseau, ce qui rend les atomes plus proches les uns des autres sur le un axe parce quils sont liés de manière covalente. Le rayon covalent du gallium est denviron $ \ mathrm {122pm} $, ce qui est beaucoup plus petit que les rayons métalliques de chaque élément. Cette valeur entre les atomes liés abaisse la distance moyenne entre les atomes, ce qui donne au gallium un rayon métallique inférieur.
Si vous regardez les rayons de Van der Waals des éléments, (plus représentatifs dun atome gazeux monoatomique) vous voir que laluminium est en fait plus petit mais pas beaucoup, ce qui donne une certaine crédibilité aux explications des électrons d, mais pas une explication complète en ce qui concerne le rayon métallique.
Réponse
Avec chaque proton supplémentaire qui est ajouté à un noyau, lattraction entre le noyau et les électrons est augmentée et ainsi la fonction donde est contractée. Cette tendance est la plus évidente lorsquon va horizontalement le long dun groupe: un atome de lithium est beaucoup plus gros quun atome de néon même si les électrons de valence sont dans la même coquille – et cest même vrai pour la différence entre le bore et le néon, si vous voulez limitez-le à un seul sous-shell.
Chaque fois quune nouvelle coque est ouverte, le rayon atomique saute vers le haut car ceux-ci (cest-à-dire les calculs de mécanique quantique le disent) ont une plus grande contribution plus loin du noyau avec au moins un lobe supplémentaire. Jusquici les bases.
Que se passe-t-il lors du passage de laluminium au gallium? Nous devrions considérer le cas en parcourant le tableau périodique des métaux alcalins correspondants sodium et potassium. Du sodium, il y a deux étapes à laluminium, mais du potassium au gallium, 12 étapes – le bloc 3d entier est coincé entre les deux. Ainsi, à partir dun point de départ hypothétique, nous expérimentons une contraction beaucoup plus importante au moment où nous atteignons le gallium par rapport à laluminium.
Notez quil est sans importance que les électrons 3D soient là et «blindent». Le blindage ne joue pas un rôle aussi important que l’on dit souvent.
Une autre «étape» peut être vécue lors du passage de l’indium au thallium. Ici, nous avons soudainement 4f éléments perchés entre les deux et donc les rayons de lindium et du thallium sont à nouveau assez similaires.
Réponse
Comme le commentaire de Joseph ci-dessus fait allusion, les électrons 3d dans le gallium présentent un blindage médiocre, ce qui provoque un phénomène connu sous le nom de « contraction du bloc d » comme on le voit dans les éléments de Ga à Br. Bien quils appartiennent au même groupe que introduction du d-orbital signifie que Ga a beaucoup plus de protons (31 vs 13), de sorte que le noyau chargé positivement a une traction beaucoup plus grande en Ga quen Al. En raison de la contraction du bloc d, le noyau est capable dexercer un pouvoir de traction beaucoup plus grand sur les électrons de niveau s et p les plus externes, réduisant ainsi le rayon atomique.Cela entraîne également un potentiel dionisation de Ga plus élevé que celui de Al, lorsque la tendance normale est que le potentiel dionisation diminue vers le bas dun groupe.