Het is een bekend feit dat bij het naar beneden gaan in de groep p-blokelementen, de atoomradius naar verwachting toeneemt. Gallium is echter een uitzondering. De atoomstraal, dwz de metalen straal van gallium ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) is kleiner dan die van aluminium ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Mijn boek geeft de volgende reden :
Het is te wijten aan de aanwezigheid van extra 10 d-elektronen in gallium die een slecht afschermingseffect bieden voor de buitenste elektronen van de toegenomen nucleaire lading.
Maar als dat het geval is, waarom is het effect dan niet hetzelfde in het geval van de zwaardere leden?
Bovendien moet er iets anders zijn dat deze uitzonderlijke eigenschap van gallium beheerst. Misschien de structuur, maar ik weet het niet zeker. Kan iemand dit toelichten?
Opmerkingen
- Ik ben niet zeker van uw waarden, maar de uitleg van het boek doet me denken dat gallium een vrij lage atomaire waarde heeft straal omdat de 4s, 3d en 4p elektronen zo dicht bij elkaar liggen dat de 3d de 4s en p elektronen niet volledig afschermen van de nucleaire lading. Het is meer als één groot niveau met 13 elektronen.
Antwoord
Eerst moet je naar de definitie van metallische straal, de halve afstand tussen twee atomen in een rooster. Het heeft een aanzienlijke afhankelijkheid van de kristalstructuur.
Tanget relevant voor de vraag en andere antwoorden:
Gallium heeft een orthorhombische kristalstructuur (CN = 6) terwijl aluminium een vlakgecentreerde kubische kristalstructuur heeft (CN = 12). Dit verschil in coördinatie vereist een goldschmidt-correctie om waarden te vergelijken alsof gallium 12-gecoördineerd zou zijn, wat de gecorrigeerde metalen straal van gallium eigenlijk nog kleiner maakt in vergelijking met aluminium bij ongeveer $ \ mathrm {130pm} $.
Gallium bestaat als een diatomische vaste stof in het rooster, waardoor de atomen dichter bij elkaar komen op de een as omdat ze covalent gebonden zijn. Gallium “s covalente straal is ongeveer $ \ mathrm {122pm} $ wat veel kleiner is dan de metaalstralen van beide elementen. Deze waarde tussen de gebonden atomen verlaagt de gemiddelde afstand tussen atomen, waardoor gallium een lagere metallische straal krijgt.
Als je kijkt naar de Van der Waals-stralen van de elementen (meer representatief voor een monoatomair gasatoom), zul je zie dat aluminium eigenlijk kleiner is, maar niet veel, wat de verklaringen van de d-elektronen enigszins geloofwaardig maakt, maar geen volledige verklaring met betrekking tot de metallische straal.
Antwoord
Met elk extra proton dat aan een kern wordt toegevoegd, wordt de aantrekkingskracht tussen de kern en de elektronen vergroot en dus wordt de golffunctie samengetrokken. Deze trend is het duidelijkst wanneer je horizontaal langs een groep gaat: een lithiumatoom is veel groter dan een neonatoom, ook al zitten de valentie-elektronen in dezelfde schaal – en het geldt zelfs voor het verschil tussen boor en neon, als je dat wilt beperk het tot een enkele subshell.
Elke keer dat een nieuwe shell wordt geopend, springt de atoomradius naar boven omdat deze altijd (dat wil zeggen, kwantummechanische berekeningen zeggen het zo) een grotere bijdrage leveren verder weg van de kern met ten minste een extra lob. Tot zover de basis.
Wat gebeurt er als ik van aluminium naar gallium ga? We moeten het geval overwegen wanneer we door het periodiek systeem gaan van de overeenkomstige alkalimetalen natrium en kalium. Van natrium zijn het twee stappen naar aluminium, maar van kalium naar gallium is het 12 stappen – het hele 3D-blok is ertussen geklemd. Dus, vanuit een hypothetisch uitgangspunt, ervaren we een veel grotere contractie tegen de tijd dat we gallium bereiken in vergelijking met aluminium.
Merk op dat het niet relevant is dat de 3d elektronen er zijn en ‘afscherming’. Afscherming speelt niet zon grote rol zoals vaak wordt gezegd.
Een andere ‘stap’ kan worden ervaren wanneer men van indium naar thallium gaat. Hier hebben we plotseling 4f-elementen tussenin en dus zijn de stralen van indium en thallium weer vrij gelijkaardig.
Antwoord
Zoals de opmerking van Joseph hierboven al aangeeft, vertonen de 3d-elektronen in Gallium een slechte afscherming, wat een fenomeen veroorzaakt dat bekend staat als “d-blokcontractie” zoals waargenomen in elementen van Ga tot Br. Ondanks dat ze tot dezelfde groep behoren als aluminium, introductie van de d-orbitaal betekent dat Ga aanzienlijk meer protonen heeft (31 vs 13), dus de positief geladen kern heeft een veel grotere aantrekkingskracht in Ga dan in Al. Door d-blokcontractie kan de kern een veel grotere trekkracht uitoefenen op de buitenste s- en p-niveau elektronen waardoor de atoomstraal wordt verkleind.Dit zorgt er ook voor dat het ionisatiepotentieel van Ga hoger is dan dat van Al, wanneer de normale trend is dat het ionisatiepotentieel in een groep afneemt.