Közismert tény, hogy a p-blokk elemek csoportjának lefelé haladásakor az atom sugara várhatóan megnő. A gallium azonban kivétel. Az atomsugár, vagyis a gallium fémsugara ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) kisebb, mint az alumíniumé ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
A könyvem a következő okot adja meg :
Ez annak köszönhető, hogy további 10 d-elektron van jelen a galliumban, amelyek a megnövekedett nukleáris töltés következtében gyenge szűrőhatást nyújtanak a külső elektronok számára.
De ha ez a helyzet, akkor miért nem ugyanaz a hatás a nehezebb tagok esetében?
Ezen felül kell lennie valaminek, ami a gallium ezen kivételes tulajdonságát szabályozza. Talán a szerkezet, de nem vagyok benne biztos. Tud valaki részletezni?
Megjegyzések
- Nem vagyok biztos az értékeiben, de a könyvmagyarázat arra késztet, hogy azt gondoljam, hogy a galliumnak meglehetősen alacsony az atomja sugár, mert a 4s, a 3d és a 4p elektronok olyan közel vannak egymáshoz, hogy a 3d nem fedi le teljesen a 4s és p elektronokat az atomtöltéstől. Inkább olyan, mint egy nagy szint 13 elektronral.
Válasz
Először meg kell nézni a a fémes sugár meghatározása, amely a rács két atomjának a féltávolsága. Jelentősen függ a kristály szerkezetétől.
A kérdés és egyéb válaszok szempontjából releváns Tanget:
A galliumnak ortorombos kristályszerkezete van (CN = 6), míg az alumíniumnak arcközpontú köbös kristályszerkezete van (CN = 12). Ehhez a koordinációs különbséghez goldschmidt korrekcióra van szükség az értékek összehasonlításához, mintha a gallium 12 koordinátájú lenne, ami a gallium korrigált fémes sugarát valójában még alacsonyabbá teszi az alumíniumhoz képest kb. $ \ mathrm {130pm} $.
A gallium diatomikus szilárd anyagként létezik a rácsban, ami az atomok közelebb van egymáshoz a a tengely, mivel kovalensen kötődnek egymáshoz. A Gallium kovalens sugara körülbelül $ \ mathrm {122pm} $, ami sokkal kisebb, mint bármelyik elem fémes sugara. Ez az érték a megkötött atomok között csökkenti az atomok közötti átlagos távolságot, így a gallium alacsonyabb fémsugarat eredményez.
Ha megnézzük az elemek Van der Waals sugarait, (ami inkább egy monoatomikus gáznemű atomot reprezentál). nézze meg, hogy az alumínium valójában kisebb, bár nem sok, ami hiteles a d-elektronok magyarázataiban, de nem teljes magyarázatot ad a fémes sugárra vonatkozóan.
Válasz
Minden egyes további protonnal, amelyet egy maghoz adnak, a mag és az elektronok közötti vonzerő megnő, és így összehúzódik a hullámfüggvény. Ez a tendencia akkor nyilvánvaló, ha vízszintesen haladunk egy csoport mentén: a lítiumatom sokkal nagyobb, mint egy neonatom, annak ellenére, hogy a vegyérték elektronok ugyanabban a héjban vannak – és még a bór és a neon közötti különbségre is igaz, ha szeretné egyetlen alhéjra korlátozhatja.
Minden egyes új héj megnyitásakor az atom sugara felfelé ugrik, mivel ezeknek (azaz a kvantummechanikai számítások azt mondják) nagyobb a hozzájárulásuk a magtól távolabb, legalább legalább egy további lebeny. Eddig az alapok.
Mi történik, ha alumíniumból galliumba kerülünk? Figyelembe kell vennünk az esetet, amikor a megfelelő alkálifém-nátrium és kálium periódusos rendszerét áttekintjük. A nátriumtól kezdve két lépés az alumíniumig, a káliumtól a galliumig 12 lépés – a teljes 3d blokk ékelődik be. Hipotetikus kiindulópontból tehát sokkal nagyobb összehúzódást tapasztalunk, mire eljutunk a galliumig, az alumíniumhoz képest. Az árnyékolásnak nincs olyan nagy szerepe, mint gyakran mondják.
Újabb „lépés” tapasztalható, ha indiumról talliumra megyünk. Itt hirtelen 4f elem ül köztünk, és így az indium és a tallium sugara ismét meglehetősen hasonló.
Válasz
Amint Joseph fenti megjegyzése utal rá, a gallium 3d-s elektronjai rossz árnyékolást mutatnak, ami a “d-blokk-összehúzódás” néven ismert jelenséget idézi elő, amint az Ga-tól Br-ig terjedő elemekben látható. Annak ellenére, hogy ugyanabban a csoportban vannak, mint az alumínium, a a d-orbitális eszközök bevezetése Ga-nek lényegesen több protonja van (31 vs 13), így a pozitív töltésű mag sokkal nagyobb húzással bír Ga-ban, mint Al-ban. A d-blokk összehúzódása miatt a mag sokkal nagyobb húzóerőt képes kifejteni a legkülső s- és p-szintű elektronokon, ezzel csökkentve az atom sugarát.Ez azt is eredményezi, hogy a Ga ionizációs potenciálja magasabb, mint az Alé, amikor a normális tendencia az, hogy az ionizációs potenciál egy csoporttal csökken.