Volume Atômico Como Ele Varia na Tabela Periódica e Exemplos



O volume atômico é um valor relativo que indica a relação entre a massa molar de um elemento e sua densidade. Então, este volume depende da densidade do elemento, e a densidade depende, por sua vez, da fase e de como os átomos dentro dela estão dispostos.

Assim, o volume atômico para um elemento Z não é o mesmo em outra fase diferente daquela que exibe à temperatura ambiente (líquido, sólido ou gás), ou quando faz parte de certos compostos. Assim, o volume atómico de Z no composto ZA é diferente do de Z no composto ZB.

Por quê? Para entendê-lo, é necessário comparar átomos com, por exemplo, mármores. Os mármores, como os azulados da imagem superior, definiram muito bem sua borda material, que é observada graças à sua superfície brilhante. Em contraste, o limite dos átomos é difuso, embora possam ser considerados remotamente esféricos.

Assim, o que determina um ponto além do limite atômico é a probabilidade nula de encontrar um elétron, e esse ponto pode estar mais distante ou mais próximo do núcleo, dependendo de quantos átomos vizinhos interagem em torno do átomo em consideração.

Índice

  • 1 volume atômico e rádio
  • 2 fórmula adicional
  • 3 Como o volume atômico varia na tabela periódica?
    • 3.1 Volumes atômicos de metais de transição
  • 4 exemplos
    • 4.1 Exemplo 1
    • 4.2 Exemplo 2
  • 5 referências

Volume Atômico e Raio

Ao interagir dois átomos de H na molécula H2, as posições de seus núcleos são definidas bem como as distâncias entre elas (distâncias internucleares). Se ambos os átomos são esféricos, o raio é a distância entre o núcleo e o limite difuso:

Na imagem superior, pode-se ver como a probabilidade de encontrar um elétron diminui à medida que ele se afasta do núcleo. Dividindo a distância internuclear entre dois, obtém-se o raio atômico. Em seguida, assumindo uma geometria esférica para átomos, usamos a fórmula para calcular o volume de uma esfera:

V = (4/3) (Pi) r3

Nesta expressão, r é o raio atômico determinado para a molécula H2. O valor de V calculado por este método impreciso pode mudar se, por exemplo, fosse considerado H2 em estado líquido ou metálico. No entanto, este método é muito impreciso porque as formas dos átomos estão longe da esfera ideal em suas interações.

Para determinar os volumes atômicos nos sólidos, muitas variáveis ​​referentes ao arranjo são levadas em consideração e são obtidas por estudos de difração de raios-X.

Fórmula adicional

A massa molar expressa a quantidade de matéria que tem uma mole de átomos de um elemento químico.

Suas unidades são g / mol. Por outro lado, a densidade é o volume que ocupa um grama do elemento: g / mL. Porque as unidades do volume atômico são mL / mol, você tem que brincar com as variáveis ​​para alcançar as unidades desejadas:

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

Ou o que é o mesmo:

(Massa molar) (1 / D) = V

(Massa molar / D) = V

Assim, o volume de uma mole de átomos de um elemento pode ser facilmente calculado; enquanto com a fórmula do volume esférico, o volume de um átomo individual é calculado. Para alcançar este valor a partir do primeiro, uma conversão é necessária através do número de Avogadro (6,02 · 10).-23).

Como o volume atômico varia na tabela periódica?

Se os átomos são considerados esféricos, então sua variação será a mesma observada nos raios atômicos. Na imagem superior, que mostra os elementos representativos, é ilustrado que, da direita para a esquerda, os átomos são anões; por outro lado, de cima para baixo, eles se tornam mais volumosos.

Isso ocorre porque, no mesmo período, o núcleo incorpora prótons à medida que se move para a direita. Esses prótons exercem uma força atrativa sobre os elétrons externos, que sentem uma carga nuclear efetiva Zef, menor que a carga nuclear real Z.

Os elétrons das camadas internas repelem os da camada externa, diminuindo o efeito do núcleo sobre eles; Isso é conhecido como o efeito de tela. No mesmo período, o efeito de tela não consegue neutralizar o aumento do número de prótons, de modo que os elétrons da camada interna não impedem a contração dos átomos.

No entanto, ao descer em um grupo, novos níveis de energia são ativados, o que permite que os elétrons orbitam mais longe do núcleo. Além disso, aumenta o número de elétrons na camada interna, cujos efeitos de proteção começam a diminuir quando o núcleo adiciona prótons novamente.

Por estas razões, pode ser visto que o grupo 1A tem os átomos mais volumosos, ao contrário dos átomos pequenos do grupo 8A (ou 18), o dos gases nobres.

Volumes atômicos de metais de transição

Os átomos dos metais de transição incorporam elétrons aos orbitais internos d.Este aumento do efeito de tela e, assim como da carga nuclear real Z, se anula quase igualmente, de modo que seus átomos mantêm o mesmo tamanho no mesmo período.

Em outras palavras: em um período, os metais de transição exibem volumes atômicos similares. No entanto, essas pequenas diferenças são extremamente significativas ao definir os cristais metálicos (como se fossem bolinhas de metal).

Exemplos

Duas fórmulas matemáticas estão disponíveis para calcular o volume atômico de um elemento, cada um com seus exemplos correspondentes.

Exemplo 1

Dado o raio atômico de hidrogênio -37 pm (1 picômetro = 10-12m) - e césio -265 pm-, calcule seus volumes atômicos.

Usando a fórmula do volume esférico, temos então:

VH= (4/3) (3,14) (37 horas)3= 212,07 da noite3

VCs= (4/3) (3,14) (265 pm)3= 77912297,67 pm3

No entanto, esses volumes expressos em picometros são exorbitantes, portanto são transformados em unidades de angstroms, multiplicando-os pelo fator de conversão (1Å / 100pm)3:

(212,07 pm3) (1Å / 100pm)3= 2,1207×10-4 Å3

(77912297,67 pm3) (1Å / 100pm)3= 77,912 Å3

Assim, as diferenças de tamanho entre o pequeno átomo de H e o átomo volumoso de Cs permanecem numericamente evidentes. É necessário ter em mente que esses cálculos são apenas aproximações sob a alegação de que um átomo é totalmente esférico, que vagueia diante da realidade.

Exemplo 2

A densidade de ouro puro é de 19,32 g / mL e sua massa molar é de 196,97 g / mol. Aplicando a fórmula M / D para calcular o volume de um mole de átomos de ouro tem o seguinte:

VAu= (196,97 g / mol) / (19,32 g / mL) = 10,19 mL / mole

Isto é, que 1 mole de átomos de ouro ocupa 10,19 mL, mas que volume ocupa um átomo de ouro especificamente? E como expressá-lo em unidades de pm3? Para isso basta simplesmente aplicar os seguintes fatores de conversão:

(10,19 mL / mol) (mole / 6,02 10)-23 átomos) · (1 m / 100 cm)3· (13h / 10-12m)3= 16,92 ·106 pm3

Por outro lado, o raio atômico do ouro é 166 pm. Se você comparar os dois volumes - aquele obtido pelo método anterior e o calculado com a fórmula do volume esférico - você verá que eles não têm o mesmo valor:

VAu= (4/3) (3,14) (166 horas)3= 19,15·106 pm3

Qual dos dois está mais próximo do valor aceito? Aquela que está mais próxima dos resultados experimentais obtidos por difração de raios X da estrutura cristalina do ouro.

Referências

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