È un fatto ben noto che spostandosi verso il basso nel gruppo di elementi del blocco p, si prevede che il raggio atomico aumenti. Tuttavia, il gallio è uneccezione. Il raggio atomico, ovvero il raggio metallico del gallio ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) è inferiore a quello dellalluminio ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Il mio libro fornisce il seguente motivo :
È dovuto alla presenza di ulteriori 10 elettroni d nel gallio che offrono uno scarso effetto di schermatura per gli elettroni esterni dallaumentata carica nucleare.
Ma se è così, perché leffetto non è lo stesso nel caso dei membri più pesanti?
Inoltre, deve esserci qualcosaltro che governa questa proprietà eccezionale del gallio. Forse la struttura, ma non ne sono sicuro. Qualcuno può elaborare?
Commenti
- Non sono sicuro dei tuoi valori, ma la spiegazione del libro mi porta a pensare che il gallio abbia un atomico abbastanza basso raggio perché gli elettroni 4s, 3d e 4p sono così vicini luno allaltro che il 3d non sta schermando completamente gli elettroni 4s ep dalla carica nucleare. È più simile a un grande livello con 13 elettroni.
Risposta
Per prima cosa, devi guardare il definizione di raggio metallico, che è la metà della distanza tra due atomi in un reticolo. Ha una significativa dipendenza dalla struttura cristallina.
Tanget pertinente alla domanda e ad altre risposte:
Il gallio ha una struttura cristallina ortorombica (CN = 6) mentre come lalluminio ha una struttura cristallina cubica centrata sulla faccia (CN = 12). Questa differenza di coordinazione richiede una correzione goldschmidt per confrontare i valori come se il gallio fosse coordinato 12, il che rende il raggio metallico corretto del gallio in realtà ancora più piccolo rispetto allalluminio a circa $ \ mathrm {130pm} $.
Il gallio esiste come solido biatomico nel reticolo, il che fa sì che gli atomi siano più vicini tra loro sul un asse perché sono legati covalentemente. Il raggio covalente di Gallio è di circa $ \ mathrm {122pm} $, che è molto più piccolo dei raggi metallici di entrambi gli elementi. Questo valore tra gli atomi legati abbassa la distanza media tra gli atomi dando al gallio un raggio metallico inferiore.
Se guardi i raggi di Van der Waals degli elementi, (più rappresentativi di un atomo gassoso monoatomico) lo farai vedi che lalluminio è in realtà più piccolo anche se non di molto, dando un certo credito alle spiegazioni degli elettroni d, ma non una spiegazione completa riguardo al raggio metallico.
Risposta
Con ogni protone aggiuntivo che viene aggiunto a un nucleo, lattrazione tra il nucleo e gli elettroni aumenta e quindi la funzione donda viene contratta. Questa tendenza è più evidente quando si procede orizzontalmente lungo un gruppo: un atomo di litio è molto più grande di un atomo di neon anche se gli elettroni di valenza si trovano nello stesso guscio – ed è anche vero per la differenza tra boro e neon, se lo si desidera limitarlo a una singola subshell.
Ogni volta che viene aperto un nuovo guscio, il raggio atomico salta verso lalto poiché questi sempre (cioè i calcoli della meccanica quantistica lo dicono) hanno un contributo maggiore più lontano dal nucleo con almeno un lobo aggiuntivo. Fin qui le basi.
Cosa succede quando si passa dallalluminio al gallio? Dovremmo considerare il caso quando attraversiamo la tavola periodica dai corrispondenti metalli alcalini sodio e potassio. Dal sodio, sono due passaggi allalluminio, ma dal potassio al gallio sono 12 passaggi: lintero blocco 3d è incastrato nel mezzo. Quindi, da un ipotetico punto di partenza, sperimentiamo una contrazione molto maggiore nel momento in cui raggiungiamo il gallio rispetto allalluminio.
Nota che è irrilevante che gli elettroni 3d siano lì e “schermati”. La schermatura non ha un ruolo così importante come si dice spesso.
Un altro “passo” può essere sperimentato quando si passa dallindio al tallio. Qui, improvvisamente abbiamo elementi 4f appollaiati in mezzo e quindi i raggi di indio e tallio sono di nuovo piuttosto simili.
Risposta
Come allude al commento di Joseph sopra, gli elettroni 3d in Gallio mostrano una scarsa schermatura, che causa un fenomeno noto come “contrazione del blocco d” come visto in elementi da Ga a Br. Nonostante appartengano allo stesso gruppo dellalluminio, il lintroduzione dellorbitale d significa che Ga ha un numero significativamente maggiore di protoni (31 vs 13), quindi il nucleo caricato positivamente ha una trazione molto maggiore in Ga rispetto ad Al. A causa della contrazione del blocco d, il nucleo è in grado di esercitare una forza di trazione molto maggiore sugli elettroni di livello s e p più esterni riducendo così il raggio atomico.Ciò fa sì che il potenziale di ionizzazione di Ga sia superiore a quello di Al, quando la tendenza normale è che il potenziale di ionizzazione diminuisca in un gruppo.