Este un fapt bine cunoscut că, la deplasarea în jos a grupului de elemente bloc p, se așteaptă ca raza atomică să crească. Cu toate acestea, galiul este o excepție. Raza atomică, adică raza metalică a galiului ($ 135 ~ \ mathrm {pm} $) este mai mică decât cea a aluminiului ($ 143 ~ \ mathrm {pm} $).
Cartea mea oferă următorul motiv :
Se datorează prezenței a 10 d-electroni suplimentari în galiu care oferă un efect slab de screening pentru electronii externi din cauza sarcinii nucleare crescute.
Dar dacă acesta este cazul, de ce efectul nu este același în cazul membrilor grei?
Mai mult, trebuie să existe altceva care să guverneze această proprietate excepțională a galiului. Poate structura, dar nu sunt sigur. Poate cineva să elaboreze?
Comentarii
- Nu sunt sigur de valorile tale, dar explicația din carte mă face să cred că galiul are un nivel atomic destul de scăzut rază, deoarece electronii 4s, 3d și 4p sunt atât de apropiați unul de celălalt încât 3d nu protejează complet electronii 4s și p de sarcina nucleară. Este mai degrabă un nivel mare cu 13 electroni.
Răspuns
Mai întâi, trebuie să te uiți la definiția razei metalice, care este jumătatea distanței dintre doi atomi dintr-o rețea. Are o dependență semnificativă de structura cristalină.
Tanget relevant pentru întrebare și alte răspunsuri:
Galiul are o structură cristalină ortorombică (CN = 6) în timp ce aluminiu are o structură cristalină cubică centrată pe față (CN = 12). Această diferență de coordonare necesită o corecție goldschmidt pentru a compara valorile ca și cum galiul ar fi coordonat 12, ceea ce face ca raza metalică corectată a galiului să fie chiar mai mică în comparație cu aluminiul la aproximativ $ \ mathrm {130pm} $.
Galiul există ca solid diatomic în rețea, ceea ce face ca atomii să fie mai aproape unul de celălalt pe a axă deoarece sunt legate covalent. Raza covalentă a galiului este de aproximativ $ \ mathrm {122pm} $, care este mult mai mică decât razele metalice ale oricărui element. Această valoare între atomii legați scade distanța medie între atomi, oferind galiu o rază metalică mai mică.
Dacă te uiți la razele elementelor Van der Waals (mai reprezentative pentru un atom gazos monoatomic), vei vezi că aluminiul este de fapt mai mic, deși nu cu mult, dând o oarecare credință explicațiilor electronilor d, dar nu o explicație completă în ceea ce privește raza metalică.
Răspuns
Cu fiecare proton suplimentar care se adaugă la un nucleu, atracția dintre nucleu și electroni este crescută și astfel funcția de undă este contractată. Această tendință este cea mai evidentă atunci când mergeți orizontal de-a lungul unui grup: un atom de litiu este mult mai mare decât un atom de neon, chiar dacă electronii de valență sunt în aceeași coajă – și este chiar adevărat pentru diferența dintre bor și neon, dacă doriți să restricționează-l la o singură sub-coajă.
De fiecare dată când se deschide o nouă coajă, raza atomică sare în sus, deoarece acestea întotdeauna (adică calculele de mecanică cuantică spun asta) au o contribuție mai mare mai departe de nucleu cu cel puțin un lob suplimentar. Până acum elementele de bază.
Ce se întâmplă când treci de la aluminiu la galiu? Ar trebui să luăm în considerare cazul când trecem peste tabelul periodic din metalele alcaline corespunzătoare sodiu și potasiu. De la sodiu, sunt doi pași până la aluminiu, dar de la potasiu la galiu sunt 12 pași – întregul bloc 3d este încastrat între ele. Astfel, dintr-un punct de plecare ipotetic, experimentăm o contracție mult mai mare până când ajungem la galiu în comparație cu aluminiul.
Rețineți că este irelevant faptul că electronii 3d sunt acolo și „protejează”. Protecția nu joacă un rol atât de mare, așa cum se spune adesea.
Un alt „pas” poate fi experimentat atunci când se trece de la indiu la taliu. Aici, avem brusc elemente 4f cocoțate între ele și astfel razele de indiu și taliu sunt din nou destul de asemănătoare.
Răspuns
Așa cum face aluzie comentariul lui Joseph de mai sus, electronii 3d din Gallium prezintă o protecție slabă, ceea ce provoacă un fenomen cunoscut sub numele de „contracția blocului d”, așa cum se vede în elementele de la Ga la Br. introducerea orbitalului d înseamnă că Ga are semnificativ mai mulți protoni (31 vs 13), astfel încât nucleul încărcat pozitiv are o atracție mult mai mare în Ga decât în Al. Datorită contracției blocului d, nucleul este capabil să exercite o putere de tragere mult mai mare pe electronii de nivel s și p din exterior, reducând astfel raza atomică.Acest lucru determină, de asemenea, potențialul de ionizare al lui Ga să fie mai mare decât cel al lui Al, când tendința normală este ca potențialul de ionizare să scadă în josul unui grup.