Ionisk radius - Ionic radius

Ionisk radius , r _ion , er radius af en monatomisk ion i en ionisk krystalstruktur . Selvom hverken atomer eller ioner har skarpe grænser, behandles de som om de var hårde kugler med radier, således at summen af ​​ionradier af kation og anion giver afstanden mellem ionerne i et krystalgitter . Ioniske radier er typisk angivet i enheder på enten picometers (pm) eller angstroms (Å), med 1 Å = 100 pm. Typiske værdier spænder fra 31 pm (0,3 Å) til over 200 pm (2 Å).

Konceptet kan udvides til solvaterede ioner i flydende løsninger under hensyntagen til solvationsskallen .

Tendenser

Relative radier af atomer og ioner. De neutrale atomer er grå, kationer røde og anioner blå .

Ioner kan være større eller mindre end det neutrale atom, afhængigt af ionens elektriske ladning . Når et atom mister en elektron for at danne en kation, tiltrækkes de andre elektroner mere til kernen, og ionens radius bliver mindre. På samme måde, når en elektron sættes til et atom og danner en anion, øger den tilføjede elektron størrelsen af ​​elektronskyen ved interelektronisk frastødning.

Den ioniske radius er ikke en fast egenskab ved en given ion, men varierer med koordinationsnummer , spin -tilstand og andre parametre. Ikke desto mindre er ioniske radiusværdier tilstrækkeligt overførbare til, at periodiske tendenser kan genkendes. Som med andre typer atomradius stiger ionradier ved faldende en gruppe . Ionisk størrelse (for den samme ion) stiger også med stigende koordineringstal, og en ion i en høj-spin- tilstand vil være større end den samme ion i en lav-spin- tilstand. Generelt falder ionradius med stigende positiv ladning og stiger med stigende negativ ladning.

En "anomal" ionradius i en krystal er ofte et tegn på signifikant kovalent karakter i bindingen. Ingen binding er fuldstændig ionisk, og nogle formodentlig "ioniske" forbindelser, især af overgangsmetallerne , har særlig kovalent karakter. Dette illustreres af enhedscelleparametrene for natrium- og sølvhalogenider i tabellen. På basis af fluoriderne vil man sige, at Ag ⁺ er større end Na ⁺ , men på basis af chloriderne og bromiderne synes det modsatte at være sandt. Dette skyldes, at den større kovalente karakter af bindingerne i AgCl og AgBr reducerer bindingslængden og dermed den tilsyneladende ioniske radius af Ag ⁺ , en effekt, der ikke er til stede i halogeniderne af det mere elektropositive natrium eller i sølvfluorid , hvori fluoridion er relativt upolariserbar .

Beslutsomhed

Afstanden mellem to ioner i en ionisk krystal kan bestemmes ved røntgenkrystallografi , som giver længderne af siderne af enhedscellen i en krystal. For eksempel findes længden af ​​hver kant af enhedscellen af natriumchlorid til at være 564,02 pm. Hver kant af enhedscellen af natriumchlorid kan anses for at have atomerne arrangeret som Na ⁺ ∙∙∙ Cl ^- ∙∙∙ Na ⁺ , så kanten er to gange Na-CI separation. Derfor er afstanden mellem Na ⁺ og Cl ^- ionerne halvdelen af ​​564,02 pm, hvilket er 282,01 pm. Selvom røntgenkrystallografi giver afstanden mellem ioner, angiver det imidlertid ikke, hvor grænsen er mellem disse ioner, så det giver ikke direkte ioniske radier.

Set forfra af enhedscellen i en LiI -krystal ved hjælp af Shannons krystaldata (Li ⁺ = 90 pm; I ^- = 206 pm). Jodidionerne rører næsten (men gør det ikke helt), hvilket indikerer, at Landés antagelse er rimelig god.

Landé estimerede ioniske radier ved at overveje krystaller, hvor anionen og kationen har en stor forskel i størrelse, såsom LiI. Litiumionerne er så meget mindre end iodidionerne, at litium passer ind i huller i krystalgitteret, så iodidionerne kan røre ved. Det vil sige, at afstanden mellem to nærliggende iodider i krystallen antages at være to gange radius af iodidionen, som blev udledt til at være 214 pm. Denne værdi kan bruges til at bestemme andre radier. For eksempel er den interioniske afstand i RbI 356 pm, hvilket giver 142 pm for den ioniske radius af Rb ⁺ . På denne måde blev værdier for radierne på 8 ioner bestemt.

Wasastjerna estimerede ioniske radier ved at overveje de relative mængder af ioner bestemt af elektrisk polariserbarhed som bestemt ved målinger af brydningsindeks . Disse resultater blev udvidet af Victor Goldschmidt . Både Wasastjerna og Goldschmidt brugte en værdi på 132 pm til O ² ionen.

Pauling brugte effektiv atomladning til at proportionere afstanden mellem ioner til anioniske og kationiske radier. Hans data giver O ² ionen en radius på 140 pm.

En større gennemgang af krystallografiske data førte til offentliggørelsen af ​​reviderede ioniske radier af Shannon. Shannon giver forskellige radier for forskellige koordinationsnumre og for høje og lave spin -tilstande for ionerne. At være i overensstemmelse med Paulings radier har Shannon anvendt en værdi på r _ion (O ^2- ) = 140 pm; data, der bruger denne værdi, betegnes som "effektive" ionradier. Dog Shannon omfatter også data baseret på r _ion (O ^2- ) = 126 pm; data, der bruger denne værdi, omtales som "krystal" ioniske radier. Shannon siger, at "man mener, at krystalradier svarer tættere til ionenes fysiske størrelse i et fast stof." De to datasæt er angivet i de to tabeller nedenfor.

Blød kuglemodel

For mange forbindelser gengiver modellen af ​​ioner som hårde sfærer ikke afstanden mellem ioner , til den nøjagtighed, hvormed den kan måles i krystaller. En tilgang til forbedring af den beregnede nøjagtighed er at modellere ioner som "bløde kugler", der overlapper hinanden i krystallen. Fordi ionerne overlapper hinanden, vil deres adskillelse i krystallen være mindre end summen af ​​deres bløde kugleradier. ${\ displaystyle {d_ {mx}}}$

Forholdet mellem ionradier med blød kugle og , og , er givet af ${\ displaystyle {r_ {m}}}$${\ displaystyle {r_ {x}}}$${\ displaystyle {d_ {mx}}}$

${\ displaystyle {d_ {mx}}^{k} = {r_ {m}}^{k}+{r_ {x}}^{k}}$,

hvor er en eksponent, der varierer med typen af ​​krystalstruktur. I den hårde sfære model, ville være 1, giver . ${\ displaystyle k}$${\ displaystyle k}$${\ displaystyle {d_ {mx}} = {r_ {m}}+{r_ {x}}}$

I soft-sphere-modellen har en værdi mellem 1 og 2. For eksempel for krystaller i gruppe 1-halogenider med natriumchloridstrukturen giver en værdi på 1,6667 god overensstemmelse med eksperiment. Nogle ioniske radier med blød kugle er i tabellen. Disse radier er større end krystalradierne angivet ovenfor (Li ⁺ , 90 pm; Cl ^- , 167 pm). Interioniske separationer beregnet med disse radier giver bemærkelsesværdig god overensstemmelse med eksperimentelle værdier. Nogle data er angivet i tabellen. Mærkeligt nok er der ikke givet nogen teoretisk begrundelse for ligningen indeholdende . ${\ displaystyle k}$${\ displaystyle k}$

Ikke-sfæriske ioner

Begrebet ioniske radier er baseret på antagelsen om en sfærisk ionform. Fra et gruppeteoretisk synspunkt er antagelsen imidlertid kun berettiget for ioner, der findes på højsymmetri- krystalgittersteder som Na og Cl i halit eller Zn og S i sphalerit . Der kan skelnes tydeligt mellem punktsymmetri -gruppen for det respektive gittersted, som er de kubiske grupper O _h og T _d i NaCl og ZnS. For ioner på steder med lavere symmetri kan der forekomme betydelige afvigelser af deres elektrontæthed fra en sfærisk form. Dette gælder især for ioner på gittersteder med polær symmetri, som er de krystallografiske punktgrupper C ₁ , C _{1 h} , C _n eller C _nv , n = 2, 3, 4 eller 6. En grundig analyse af bindingsgeometrien var for nylig udført for forbindelser af pyrit-type , hvor monovalente chalcogenioner findes på C ₃ gittersteder. Det blev fundet, at chalcogenioner skal modelleres ved ellipsoide ladningsfordelinger med forskellige radier langs symmetriaksen og vinkelret på den.

Se også

• Atomisk orbital
• Elementernes atomradier
• Født ligning
• Kovalent radius
• Ionisk potentiale
• Ionisk radiusforhold
• Elektrid
• Paulings regler
• Stokes radius

Referencer

eksterne links

• Aqueous Symple Electrolytes Solutions, HL Friedman, Felix Franks