Det er et kjent faktum at atomradiusen forventes å øke når man beveger seg nedover gruppen av p-blokkelementer. Imidlertid er gallium et unntak. Atomradiusen, dvs. den metalliske radiusen av gallium ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) er mindre enn den for aluminium ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Min bok gir følgende grunn :
Det skyldes tilstedeværelsen av ytterligere 10 d-elektroner i gallium som gir dårlig screeningseffekt for de ytre elektronene fra den økte kjernefysiske ladningen.
Men hvis det er tilfelle, hvorfor er ikke effekten den samme for de tyngre medlemmene?
Videre må det være noe annet som styrer denne eksepsjonelle eiendommen til gallium. Kanskje strukturen, men jeg er ikke sikker. Kan noen utdype det?
Kommentarer
- Jeg er ikke sikker på verdiene dine, men bokforklaringen får meg til å tro at gallium har et ganske lavt atom radius fordi 4s, 3d og 4p elektronene er så nær hverandre at 3d ikke helt beskytter 4s og p elektronene fra kjerneladningen. Det er mer som ett stort nivå med 13 elektroner.
Svar
Først må du se på definisjon av metallisk radius, som er den halve avstanden mellom to atomer i et gitter. Det har en betydelig avhengighet av krystallstruktur.
Tanget relevant for spørsmålet og andre svar:
Gallium har en ortorhombisk krystallstruktur (CN = 6), mens aluminium har en ansiktssentrert kubisk krystallstruktur (CN = 12). Denne forskjellen i koordinering krever en goldschmidt-korreksjon for å sammenligne verdier som om gallium var 12-koordinert, noe som gjør galliums korrigerte metalliske radius faktisk enda mindre sammenlignet med aluminium ved omtrent $ \ mathrm {130pm} $.
Gallium eksisterer som et diatomisk faststoff i gitteret, noe som får atomene til å være nærmere hverandre på en akse fordi de er kovalent bundet. Galliums kovalente radius er omtrent $ \ mathrm {122pm} $ som er veldig mye mindre enn metallradiene til begge elementene. Denne verdien mellom de bundne atomer senker den gjennomsnittlige avstanden mellom atomer som gir gallium en lavere metallisk radius.
Hvis du ser på Van der Waals-radiusen til elementene, (mer representativ for et monoatomisk gassatom) vil du se at aluminium faktisk er mindre, men ikke mye, og gir litt tro på forklaringene av d-elektroner, men ikke en fullstendig forklaring med hensyn til den metalliske radiusen.
Svar
For hvert ekstra proton som legges til en kjerne, økes tiltrekningen mellom kjernen og elektronene og dermed blir bølgefunksjonen trukket sammen. Denne trenden er mest åpenbar når man går horisontalt langs en gruppe: et litiumatom er mye større enn et neonatom, selv om valenselektronene er i samme skall – og det gjelder til og med forskjellen mellom bor og neon, hvis du vil begrense den til en enkelt subshell.
Hver gang et nytt skall åpnes, hopper atomradius oppover siden disse alltid (dvs. kvantemekaniske beregninger sier det) har et større bidrag lenger vekk fra kjernen med minst en ekstra lapp. Så langt det grunnleggende.
Hva skjer når vi går fra aluminium til gallium? Vi bør vurdere saken når vi går over det periodiske systemet fra de tilsvarende alkaliske metallene natrium og kalium. Fra natrium er det to trinn til aluminium, men fra kalium til gallium er 12 trinn – hele 3d-blokken er klemt imellom. Således, fra et hypotetisk utgangspunkt, opplever vi en mye større sammentrekning når vi når gallium sammenlignet med aluminium.
Legg merke til at det er irrelevant at 3d-elektronene er der og ‘skjermende’. Skjerming spiller ikke en så stor rolle som ofte blir sagt.
Et annet ‘trinn’ kan oppleves når du går fra indium til thallium. Her har vi plutselig 4f-elementer som ligger midt imellom, og dermed er radiene til indium og tallium igjen ganske like.
Svar
Som Josephs kommentar ovenfor henviser til, viser 3d-elektronene i Gallium dårlig skjerming, noe som forårsaker et fenomen kjent som «d-blokk-sammentrekning» sett i elementer fra Ga til Br. Til tross for at de er i samme gruppe som Aluminium, er introduksjon av d-orbital betyr at Ga har betydelig flere protoner (31 mot 13), så den positivt ladede kjernen har et mye større trekk i Ga enn i Al. På grunn av d-blokk sammentrekning er kjernen i stand til å utøve mye større trekkraft på de ytterste s- og p-nivåelektronene og reduserer dermed atomradiusen.Dette fører også til at ioniseringspotensialet til Ga er høyere enn Al, når den normale tendensen er at ioniseringspotensialet skal reduseres i en gruppe.