VOLUME ATOMICO: COME VARIA SULLA TAVOLA PERIODICA ED ESEMPI - CHIMICA - 2026

Il volume atomico è un valore relativo che indica la relazione tra la massa molare di un elemento e la sua densità. Quindi questo volume dipende dalla densità dell'elemento e la densità dipende a sua volta dalla fase e da come sono disposti gli atomi al suo interno.

Pertanto, il volume atomico di un elemento Z non è lo stesso in una fase diversa da quella che mostra a temperatura ambiente (liquida, solida o gassosa) o quando fa parte di determinati composti. Pertanto, il volume atomico di Z nel composto ZA è diverso da quello di Z nel composto ZB.

Perché? Per capirlo, è necessario confrontare gli atomi con, ad esempio, le biglie. I marmi, come quelli bluastri nell'immagine sopra, hanno un bordo materico molto ben definito, visibile grazie alla loro superficie lucida. Al contrario, il confine degli atomi è diffuso, sebbene possano essere considerati remotamente sferici.

Quindi, ciò che determina un punto oltre il confine atomico è la probabilità nulla di trovare un elettrone, e questo punto può essere più o più vicino al nucleo a seconda di quanti atomi vicini interagiscono attorno all'atomo in esame.

Volume e raggio atomici

A i due atomi interagiscono H H molecola in _due , le posizioni dei loro centri sono definite come le distanze tra questi (distanze internucleari). Se entrambi gli atomi sono sferici, il raggio è la distanza tra il nucleo e il confine sfocato:

Nell'immagine sopra puoi vedere come la probabilità di trovare un elettrone diminuisce man mano che si allontana dal nucleo. Quindi dividendo per due la distanza internucleare, si ottiene il raggio atomico. Successivamente, assumendo una geometria sferica per gli atomi, la formula viene utilizzata per calcolare il volume di una sfera:

V = (4/3) (Pi) r ³

In questa espressione r è il raggio atomico determinato per la molecola H ₂ . Il valore di V calcolato con questo metodo impreciso può cambiare se, ad esempio, H ₂ è considerato allo stato liquido o metallico. Tuttavia, questo metodo è molto impreciso perché le forme degli atomi sono molto lontane dalla sfera ideale nelle loro interazioni.

Per determinare i volumi atomici nei solidi, si tiene conto di molte variabili riguardanti la disposizione, ottenute mediante studi di diffrazione di raggi X.

Formula aggiuntiva

La massa molare esprime la quantità di materia che ha una mole di atomi di un elemento chimico.

Le sue unità sono g / mol. D'altra parte, la densità è il volume che occupa un grammo dell'elemento: g / mL. Poiché le unità di volume atomico sono mL / mol, dobbiamo giocare con le variabili per arrivare alle unità desiderate:

(g / mol) (mL / g) = mL / mol

O qual è lo stesso:

(Massa molare) (1 / D) = V

(Massa molare / D) = V

Pertanto, il volume di una mole di atomi di un elemento può essere facilmente calcolato; mentre la formula del volume sferico calcola il volume di un singolo atomo. Per arrivare a questo valore dal primo, è necessaria una conversione tramite il numero di Avogadro (6.02 · 10 ^-23 ).

Come varia il volume atomico nella tavola periodica?

Se gli atomi sono considerati sferici, la loro variazione sarà la stessa di quella osservata nei raggi atomici. Nell'immagine sopra, che mostra elementi rappresentativi, è illustrato che da destra a sinistra gli atomi si rimpiccioliscono; invece, dall'alto verso il basso diventano più voluminosi.

Questo perché nello stesso periodo il nucleo incorpora i protoni mentre si muove verso destra. Questi protoni esercitano una forza attrattiva sugli elettroni esterni, che percepiscono una carica nucleare efficace Z _ef , inferiore alla carica nucleare reale Z.

Gli elettroni dei gusci interni respingono quelli del guscio esterno, riducendo l'effetto del nucleo su di essi; questo è noto come effetto schermo. Nello stesso periodo, l'effetto schermante non può contrastare l'aumento del numero di protoni, quindi gli elettroni nel guscio interno non impediscono agli atomi di contrarsi.

Tuttavia, la discesa in un gruppo consente nuovi livelli di energia, che consentono agli elettroni di orbitare più lontano dal nucleo. Allo stesso modo, aumenta il numero di elettroni nel guscio interno, i cui effetti di schermatura iniziano a diminuire se il nucleo aggiunge nuovamente protoni.

Per queste ragioni, si apprezza che il gruppo 1A abbia gli atomi più voluminosi, a differenza dei piccoli atomi del gruppo 8A (o 18), quello dei gas nobili.

Volumi atomici di metalli di transizione

Gli atomi di metalli di transizione incorporano elettroni negli orbitali interni d. Questo aumento dell'effetto schermo e, così come della carica nucleare reale Z, si annullano quasi allo stesso modo, in modo che i loro atomi mantengano dimensioni simili nello stesso periodo.

In altre parole: in un periodo, i metalli di transizione mostrano volumi atomici simili. Tuttavia, queste piccole differenze sono enormemente significative quando si definiscono i cristalli metallici (come se fossero marmi metallici).

Esempi

Sono disponibili due formule matematiche per calcolare il volume atomico di un elemento, ciascuna con i suoi esempi corrispondenti.

Esempio 1

Dato il raggio atomico dell'idrogeno -37 pm (1 picometro = ^10-12 m) - e del cesio -265 pm-, calcola i loro volumi atomici.

Usando la formula del volume sferico, abbiamo quindi:

V _H = (4/3) (3,14) (37 pm) ³ = 212,07 pm ³

V _Cs = (4/3) (3,14) (265 pm) ³ = 77912297,67 pm ³

Tuttavia, questi volumi espressi in picometri sono esorbitanti, quindi vengono trasformati in unità di angstrom, moltiplicandoli per il fattore di conversione (1Å / 100pm) ³ :

(212,07 pm ³ ) (1A / 100pm) ³ = 2,1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297,67 pm ³ ) (1Å / 100pm) ³ = 77,912 Å ³

Pertanto, le differenze di dimensione tra il piccolo atomo di H e il grosso atomo di Cs sono evidenziate numericamente. Va tenuto presente che questi calcoli sono solo approssimazioni sotto l'affermazione che un atomo è totalmente sferico, che vaga di fronte alla realtà.

Esempio 2

La densità dell'oro puro è 19,32 g / mL e la sua massa molare è 196,97 g / mol. Applicando la formula M / D per calcolare il volume di una mole di atomi d'oro, si ottiene quanto segue:

V _Au = (196,97 g / mol) / (19,32 g / mL) = 10,19 mL / mol

Cioè, 1 mole di atomi d'oro occupa 10,19 mL, ma quale volume occupa specificamente un atomo d'oro? E come esprimerlo in unità di pm ³ ? Per questo, applica semplicemente i seguenti fattori di conversione:

(10,19 mL / mol) · (mol / 6,02 · ^10-23 atomi) · (1 m / 100 cm) ³ · (1 pm / ^10-12 m) ³ = 16,92 · 10 ⁶ pm ³

D'altra parte, il raggio atomico dell'oro è 166 pm. Se si confrontano entrambi i volumi - quello ottenuto con il metodo precedente e quello calcolato con la formula del volume sferico - si troverà che non hanno lo stesso valore:

V _Au = (4/3) (3,14) (166 pm) ³ = 19,15 · 10 ⁶ pm ³

Quale dei due è più vicino al valore accettato? Quella che più si avvicina ai risultati sperimentali ottenuti dalla diffrazione di raggi X della struttura cristallina dell'oro.

Riferimenti

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 dicembre 2017). Definizione del volume atomico. Estratto il 6 giugno 2018 da: thoughtco.com
2. Mayfair, Andrew. (13 marzo 2018). Come calcolare il volume di un atomo. Scienza. Estratto il 6 giugno 2018 da: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). Curve del volume atomico di Lothar Meyer. Estratto il 6 giugno 2018 da: wonderwhizkids.com
4. Lumen. Tendenze periodiche: raggio atomico. Estratto il 6 giugno 2018 da: course.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich. Volume e densità atomici. Estratto il 6 giugno 2018 da: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck e Stanley. Chimica. (8 ° ed.). CENGAGE Learning, pagine 222-224.
7. Fondazione CK-12. (22 febbraio 2010). Dimensioni atomiche comparative. . Estratto il 6 giugno 2018 da: commons.wikimedia.org
8. Fondazione CK-12. (22 febbraio 2010). Raggio atomico di H ₂ . . Estratto il 6 giugno 2018 da: commons.wikimedia.org