ปริมาตรอะตอม: แตกต่างกันอย่างไรในตารางธาตุและตัวอย่าง - เคมี - 2025

ปริมาณอะตอมเป็นค่าสัมพัทธ์แสดงให้เห็นความสัมพันธ์ระหว่างมวลโมเลกุลขององค์ประกอบและความหนาแน่นของมัน ดังนั้นปริมาตรนี้จึงขึ้นอยู่กับความหนาแน่นขององค์ประกอบและความหนาแน่นขึ้นอยู่กับเฟสและวิธีการจัดเรียงอะตอมภายใน

ดังนั้นปริมาตรอะตอมของธาตุ Z จึงไม่เท่ากันในเฟสอื่นนอกเหนือจากที่แสดงที่อุณหภูมิห้อง (ของเหลวของแข็งหรือก๊าซ) หรือเมื่อเป็นส่วนหนึ่งของสารประกอบบางชนิด ดังนั้นปริมาตรอะตอมของ Z ในสารประกอบ ZA จึงแตกต่างจาก Z ในสารประกอบ ZB

ทำไม? เพื่อให้เข้าใจได้จำเป็นต้องเปรียบเทียบอะตอมกับหินอ่อน หินอ่อนเช่นเดียวกับสีฟ้าในภาพด้านบนมีขอบเขตวัสดุที่กำหนดไว้เป็นอย่างดีซึ่งสามารถมองเห็นได้เนื่องจากพื้นผิวมันวาว ในทางตรงกันข้ามขอบเขตของอะตอมจะกระจายแม้ว่าจะถือว่าเป็นทรงกลมจากระยะไกลก็ตาม

ดังนั้นสิ่งที่กำหนดจุดที่อยู่นอกเหนือขอบเขตอะตอมก็คือความน่าจะเป็นโมฆะในการค้นหาอิเล็กตรอนและจุดนี้อาจอยู่ไกลออกไปหรือใกล้กับนิวเคลียสมากขึ้นขึ้นอยู่กับจำนวนอะตอมที่อยู่ใกล้เคียงที่มีปฏิสัมพันธ์รอบ ๆ อะตอมภายใต้การพิจารณา

ปริมาตรและรัศมีอะตอม

อะตอมทั้งสองทำปฏิกิริยากับโมเลกุล H H ใน_สองตำแหน่งของจุดศูนย์กลางของพวกมันถูกกำหนดให้เป็นระยะทางระหว่างสิ่งเหล่านี้ (ระยะทางภายในนิวเคลียร์) ถ้าอะตอมทั้งสองเป็นทรงกลมรัศมีคือระยะห่างระหว่างนิวเคลียสและขอบเขตฟัซซี่:

ในภาพด้านบนคุณจะเห็นว่าความน่าจะเป็นในการค้นหาอิเล็กตรอนจะลดลงอย่างไรเมื่อมันเคลื่อนที่ออกจากนิวเคลียส จากนั้นหารระยะห่างระหว่างนิวเคลียสด้วยสองจะได้รัศมีอะตอม จากนั้นสมมติว่าเรขาคณิตทรงกลมสำหรับอะตอมสูตรนี้จะใช้ในการคำนวณปริมาตรของทรงกลม:

V = (4/3) (Pi) r ³

ในการแสดงออกที่ R นี่คือรัศมีอะตอมกำหนดสำหรับ H ₂โมเลกุล ค่าของ V ที่คำนวณโดยวิธีการที่ไม่ชัดเจนนี้อาจเปลี่ยนแปลงได้เช่นหากพิจารณา H ₂ในสถานะของเหลวหรือโลหะ อย่างไรก็ตามวิธีนี้ไม่ถูกต้องมากเนื่องจากรูปร่างของอะตอมอยู่ห่างจากทรงกลมในอุดมคติมากในปฏิสัมพันธ์ของพวกมัน

ในการกำหนดปริมาตรอะตอมในของแข็งจะต้องคำนึงถึงตัวแปรหลายอย่างที่เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงซึ่งได้มาจากการศึกษาการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์

สูตรเพิ่มเติม

มวลโมลาร์แสดงถึงปริมาณของสสารที่มีโมลของอะตอมขององค์ประกอบทางเคมี

หน่วยของมันคือ g / mol ในทางกลับกันความหนาแน่นคือปริมาตรที่องค์ประกอบหนึ่งกรัมมีอยู่: g / mL เนื่องจากหน่วยของปริมาตรอะตอมคือ mL / mol เราจึงต้องเล่นกับตัวแปรเพื่อให้ได้หน่วยที่ต้องการ:

(กรัม / โมล) (มล. / กรัม) = มล. / โมล

หรืออะไรที่เหมือนกัน:

(มวลโมลาร์) (1 / D) = V

(มวลโมลาร์ / D) = V

ดังนั้นจึงสามารถคำนวณปริมาตรของหนึ่งโมลของอะตอมขององค์ประกอบได้อย่างง่ายดาย ในขณะที่สูตรปริมาตรทรงกลมจะคำนวณปริมาตรของอะตอมแต่ละตัว เพื่อให้ได้ค่านี้ตั้งแต่แรกจำเป็นต้องมีการแปลงโดยใช้หมายเลขของ Avogadro (6.02 · 10 ^-23 )

ปริมาตรอะตอมแตกต่างกันอย่างไรในตารางธาตุ?

ถ้าอะตอมถูกพิจารณาว่าเป็นทรงกลมการแปรผันของมันจะเหมือนกับที่สังเกตได้ในรัศมีอะตอม ในภาพด้านบนซึ่งแสดงองค์ประกอบที่เป็นตัวแทนแสดงให้เห็นว่าจากขวาไปซ้ายอะตอมจะมีขนาดเล็กลง แต่จากบนลงล่างกลับมีขนาดใหญ่ขึ้น

เนื่องจากในช่วงเวลาเดียวกันนิวเคลียสจะรวมโปรตอนเมื่อมันเคลื่อนที่ไปทางขวา โปรตอนเหล่านี้ออกแรงดึงดูดอิเล็กตรอนภายนอกซึ่งรู้สึกว่ามีประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ Z _efน้อยกว่าประจุนิวเคลียร์จริง Z

อิเล็กตรอนของเปลือกชั้นในจะขับไล่เปลือกนอกออกและลดผลกระทบของนิวเคลียสที่มีต่อพวกมัน สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์หน้าจอ ในช่วงเวลาเดียวกันผลบนหน้าจอไม่สามารถต่อต้านการเพิ่มขึ้นของจำนวนโปรตอนได้ดังนั้นอิเล็กตรอนในเปลือกชั้นในจึงไม่ป้องกันไม่ให้อะตอมหดตัว

อย่างไรก็ตามการลงมาเป็นกลุ่มทำให้เกิดระดับพลังงานใหม่ซึ่งทำให้อิเล็กตรอนสามารถโคจรได้ไกลจากนิวเคลียส ในทำนองเดียวกันจำนวนอิเล็กตรอนในเปลือกชั้นในจะเพิ่มขึ้นผลของการป้องกันจะเริ่มลดลงหากนิวเคลียสเพิ่มโปรตอนอีกครั้ง

ด้วยเหตุผลเหล่านี้จึงเป็นที่ชื่นชมที่กลุ่ม 1A มีอะตอมที่มีขนาดใหญ่ที่สุดซึ่งแตกต่างจากอะตอมขนาดเล็กของกลุ่ม 8A (หรือ 18) ซึ่งเป็นของก๊าซมีตระกูล

ปริมาณอะตอมของโลหะทรานซิชัน

อะตอมของโลหะทรานซิชันจะรวมอิเล็กตรอนไว้ในวงโคจร d ภายใน การเพิ่มขึ้นของเอฟเฟกต์หน้าจอนี้และเช่นเดียวกับในประจุนิวเคลียร์จริง Z ก็จะยกเลิกเกือบเท่า ๆ กันเพื่อให้อะตอมของมันมีขนาดใกล้เคียงกันในช่วงเวลาเดียวกัน

กล่าวอีกนัยหนึ่ง: ในช่วงเวลาหนึ่งโลหะทรานซิชันจะมีปริมาตรอะตอมใกล้เคียงกัน อย่างไรก็ตามความแตกต่างเล็กน้อยเหล่านี้มีความสำคัญอย่างมากเมื่อกำหนดผลึกโลหะ (ราวกับว่าเป็นหินอ่อน)

ตัวอย่าง

มีสูตรทางคณิตศาสตร์สองสูตรเพื่อคำนวณปริมาตรอะตอมขององค์ประกอบแต่ละสูตรมีตัวอย่างที่เกี่ยวข้อง

ตัวอย่าง 1

กำหนดรัศมีอะตอมของไฮโดรเจน -37 น. (1 พิโคมิเตอร์ = 10 ^-12ม.) - และซีเซียม -265 น. - คำนวณปริมาตรอะตอม

ใช้สูตรปริมาตรทรงกลมจากนั้นเรามี:

V _H = (4/3) (3.14) (37 น.) ³ = 212.07 น. ³

V _Cs = (4/3) (3.14) (265 น.) ³ = 77912297.67 น. ³

อย่างไรก็ตามปริมาณเหล่านี้ที่แสดงในรูปพิโคมิเตอร์นั้นมีค่ามากเกินไปดังนั้นจึงเปลี่ยนเป็นหน่วยของอังสตรอมคูณด้วยปัจจัยการแปลง (1Å / 100pm) ³ :

(212.07 น. ³ ) (1Å / 100 น.) ³ = 2.1207 × 10 ^-4 Å ³

(77912297.67 น. ³ ) (1Å / 100 น.) ³ = 77.912 Å ³

ดังนั้นความแตกต่างของขนาดระหว่างอะตอม H ขนาดเล็กและอะตอม C ขนาดใหญ่จึงปรากฏเป็นตัวเลข ควรสังเกตว่าการคำนวณเหล่านี้เป็นเพียงการประมาณภายใต้คำกล่าวที่ว่าอะตอมเป็นทรงกลมทั้งหมดซึ่งเดินไปมาต่อหน้าความเป็นจริง

ตัวอย่าง 2

ความหนาแน่นของทองคำบริสุทธิ์คือ 19.32 g / mL และมวลโมลาร์เท่ากับ 196.97 g / mol การใช้สูตร M / D เพื่อคำนวณปริมาตรของอะตอมทองคำหนึ่งโมลจะได้รับสิ่งต่อไปนี้:

V _Au = (196.97 g / mol) / (19.32 g / mL) = 10.19 mL / mol

นั่นคืออะตอมของทองคำ 1 โมลมีเนื้อที่ 10.19 มล. แต่อะตอมของทองคำมีปริมาตรเท่าใด? แล้วจะแสดงเป็นหน่วยน. ^{3 ได้}อย่างไร? สำหรับสิ่งนี้เพียงใช้ปัจจัยการแปลงต่อไปนี้:

(10.19 มิลลิลิตร / mol) · (mol / 6.02 · 10 ^-23อะตอม) · (1 เมตร / 100 ซม.) ³ · (01:00 / 10 ^-12เมตร) ³ = 16.92 · 10 ⁶ pm ³

ในทางกลับกันรัศมีอะตอมของทองคำคือ 166 น. หากเปรียบเทียบทั้งสองปริมาตร - อันที่ได้จากวิธีการก่อนหน้าและปริมาตรที่คำนวณด้วยสูตรปริมาตรทรงกลมจะพบว่าไม่มีค่าเหมือนกัน:

V _Au = (4/3) (3.14) (166 pm) ³ = 19.15 · 10 ⁶โมงเย็น³

สองข้อใดใกล้เคียงกับค่าที่ยอมรับมากที่สุด สิ่งที่ใกล้เคียงที่สุดกับผลการทดลองที่ได้รับจากการเลี้ยวเบนของรังสีเอกซ์ของโครงสร้างผลึกของทองคำ

อ้างอิง

1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 ธันวาคม 2560). นิยามปริมาตรอะตอม สืบค้นเมื่อ 6 มิถุนายน 2018 จาก: thoughtco.com
2. เมย์แฟร์แอนดรูว์ (13 มีนาคม 2561). วิธีการคำนวณปริมาตรของอะตอม Sciencing. สืบค้นเมื่อวันที่ 6 มิถุนายน 2018 จาก: sciencing.com
3. Wiki Kids Ltd. (2018). เส้นโค้งปริมาตรอะตอมของ Lothar Meyer สืบค้นเมื่อ 6 มิถุนายน 2561 จาก: wonderwhizkids.com
4. Lumen แนวโน้มเป็นระยะ: รัศมีอะตอม สืบค้นเมื่อ 6 มิถุนายน 2561 จาก: courses.lumenlearning.com
5. Camilo J. Derpich ปริมาตรและความหนาแน่นของอะตอม สืบค้นเมื่อ 6 มิถุนายน 2561 จาก: es-puraquimica.weebly.com
6. Whitten, Davis, Peck & Stanley เคมี. (ฉบับที่ 8) CENGAGE Learning, p 222-224
7. มูลนิธิ CK-12 (22 กุมภาพันธ์ 2553). ขนาดอะตอมเปรียบเทียบ . สืบค้นเมื่อ 6 มิถุนายน 2561 จาก: commons.wikimedia.org
8. มูลนิธิ CK-12 (22 กุมภาพันธ์ 2553). รัศมีอะตอมของ H 2 . สืบค้นเมื่อ 6 มิถุนายน 2561 จาก: commons.wikimedia.org