É um fato bem conhecido que, ao se mover para baixo no grupo de elementos do bloco p, espera-se que o raio atômico aumente. No entanto, o gálio é uma exceção. O raio atômico, isto é, o raio metálico do gálio ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) é menor que o do alumínio ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Meu livro fornece o seguinte motivo :
É devido à presença de 10 elétrons-d adicionais no gálio, que oferecem um efeito de proteção pobre para os elétrons externos devido ao aumento da carga nuclear.
Mas se for esse o caso, por que o efeito não é o mesmo no caso dos membros mais pesados?
Além disso, deve haver algo mais que governe essa propriedade excepcional do gálio. Talvez a estrutura, mas não tenho certeza. Alguém pode explicar?
Comentários
- Não tenho certeza de seus valores, mas a explicação do livro me leva a pensar que o gálio tem um teor atômico bastante baixo raio porque os elétrons 4s, 3d e 4p estão tão próximos uns dos outros que os 3d não estão protegendo completamente os elétrons 4s e p da carga nuclear. É mais como um grande nível com 13 elétrons.
Resposta
Primeiro, você deve olhar para o definição de raio metálico, que é a meia distância entre dois átomos em uma rede. Tem uma dependência significativa da estrutura cristalina.
Tangeta relevante para a pergunta e outras respostas:
O gálio tem uma estrutura cristalina ortorrômbica (CN = 6) enquanto que o alumínio tem uma estrutura cristalina cúbica centrada na face (CN = 12). Esta diferença na coordenação requer uma correção goldschmidt para comparar os valores como se o gálio fosse coordenado em 12, o que torna o raio metálico corrigido do gálio realmente ainda menor em comparação com o alumínio em cerca de $ \ mathrm {130pm} $.
O gálio existe como um sólido diatômico na rede, o que faz com que os átomos fiquem mais próximos no um eixo porque eles estão ligados covalentemente. O raio covalente do gálio é cerca de $ \ mathrm {122pm} $, que é muito menor do que os raios metálicos de qualquer elemento. Este valor entre os átomos ligados diminui a distância média entre os átomos, dando ao gálio um raio metálico mais baixo.
Se você olhar para os raios de Van der Waals dos elementos, (mais representativo de um átomo gasoso monoatômico), você verá veja que o alumínio é realmente menor, embora não muito, dando algum crédito às explicações dos elétrons-d, mas não uma explicação completa em relação ao raio metálico.
Resposta
Com cada próton adicional que é adicionado a um núcleo, a atração entre o núcleo e os elétrons é aumentada e, portanto, a função de onda é contraída. Essa tendência é mais óbvia quando se segue horizontalmente ao longo de um grupo: um átomo de lítio é muito maior do que um átomo de néon, embora os elétrons de valência estejam na mesma camada – e é até verdade para a diferença entre boro e néon, se você quiser restringi-lo a uma única subcamada.
Cada vez que uma nova camada é aberta, o raio atômico salta para cima, uma vez que estes sempre (isto é, cálculos de mecânica quântica dizem isso) têm uma contribuição maior longe do núcleo com pelo menos um lóbulo adicional. Até agora, o básico.
O que acontece quando se muda do alumínio para o gálio? Devemos considerar o caso ao examinar a tabela periódica dos metais alcalinos correspondentes, sódio e potássio. Do sódio, são duas etapas para o alumínio, mas do potássio para o gálio são 12 etapas – todo o bloco 3d está encaixado no meio. Assim, a partir de um ponto de partida hipotético, experimentamos uma contração muito maior no momento em que alcançamos o gálio em comparação com o alumínio.
Observe que é irrelevante que os elétrons 3d estejam lá e “protegendo”. A blindagem não desempenha um papel tão importante, como costumamos dizer.
Outra “etapa” pode ser experimentada ao passar do índio ao tálio Aqui, repentinamente temos 4f elementos empoleirados no meio e, portanto, os raios do índio e do tálio são novamente bastante semelhantes.
Resposta
Como o comentário de Joseph acima alude, os elétrons 3d no Gálio exibem uma blindagem pobre, o que causa um fenômeno conhecido como “contração do bloco d”, visto em elementos de Ga a Br. Apesar de estar no mesmo grupo do Alumínio, o introdução do orbital d significa que Ga tem significativamente mais prótons (31 vs 13), então o núcleo carregado positivamente tem uma atração muito maior em Ga do que em Al. Por causa da contração do bloco d, o núcleo é capaz de exercer um poder de atração muito maior nos elétrons dos níveis s e p mais externos, reduzindo assim o raio atômico.Isso também faz com que o potencial de ionização de Ga seja maior do que o de Al, quando a tendência normal é que o potencial de ionização diminua em um grupo.