Volume atomique Varie dans le tableau périodique et les exemples



Le volume atomique est une valeur relative qui indique la relation entre la masse molaire d'un élément et sa densité. Ensuite, ce volume dépend de la densité de l'élément et la densité dépend à son tour de la phase et de la manière dont les atomes sont disposés.

Ainsi, le volume atomique d'un élément Z n'est pas le même dans une autre phase différente de celle qui se produit à température ambiante (liquide, solide ou gazeuse) ou lorsqu'il fait partie de certains composés. Ainsi, le volume atomique de Z dans le composé ZA est différent de celui de Z dans le composé ZB.

Parce que? Pour le comprendre, il est nécessaire de comparer les atomes avec, par exemple, les billes. Les marbres, comme les bleutés de l'image supérieure, ont très bien défini leur bordure matérielle, que l'on observe grâce à sa surface brillante. En revanche, la limite des atomes est diffuse, bien qu'ils puissent être considérés comme sphériques.

Ainsi, ce qui détermine un point au-delà de la limite atomique est la probabilité nulle de trouver un électron, et ce point peut être plus ou moins proche du noyau en fonction du nombre d'atomes voisins qui interagissent autour de l'atome considéré.

Index

  • 1 volume atomique et radio
  • 2 formule supplémentaire
  • 3 Comment le volume atomique varie-t-il dans le tableau périodique?
    • 3.1 Volumes atomiques de métaux de transition
  • 4 exemples
    • 4.1 Exemple 1
    • 4.2 Exemple 2
  • 5 références

Volume et rayon atomiques

En interagissant avec deux atomes d’H dans la molécule H2, les positions de leurs noyaux sont définies ainsi que les distances entre eux (distances internucléaires). Si les deux atomes sont sphériques, le rayon est la distance entre le noyau et la limite diffuse:

Dans l'image supérieure, on peut voir comment la probabilité de trouver un électron diminue à mesure qu'il s'éloigne du noyau. En divisant la distance internucléaire entre deux, le rayon atomique est obtenu. Ensuite, en supposant une géométrie sphérique pour les atomes, nous utilisons la formule pour calculer le volume d'une sphère:

V = (4/3) (Pi) r3

Dans cette expression, r est le rayon atomique déterminé pour la molécule H2. La valeur de V calculée par cette méthode inexacte peut changer si, par exemple, elle était considérée comme H2 à l'état liquide ou métallique. Cependant, cette méthode est très imprécise car les formes des atomes sont très éloignées de la sphère idéale dans leurs interactions.

Pour déterminer les volumes atomiques dans les solides, de nombreuses variables concernant l'arrangement sont prises en compte et elles sont obtenues par des études de diffraction des rayons X.

Formule supplémentaire

La masse molaire exprime la quantité de matière qui contient une mole d'atomes d'un élément chimique.

Ses unités sont g / mol. En revanche, la densité est le volume qui occupe un gramme de l'élément: g / ml. Comme les unités du volume atomique sont mL / mol, vous devez jouer avec les variables pour atteindre les unités désirées:

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

Ou ce qui est pareil:

(Masse molaire) (1 / D) = V

(Masse molaire / D) = V

Ainsi, le volume d'une mole d'atomes d'un élément peut facilement être calculé; tandis qu'avec la formule du volume sphérique, le volume d'un atome individuel est calculé. Pour atteindre cette valeur dès le début, une conversion est nécessaire via le numéro d'Avogadro (6.02 · 10).-23).

Comment le volume atomique varie-t-il dans le tableau périodique?

Si les atomes sont considérés sphériques, leur variation sera la même que celle observée dans les rayons atomiques. Dans l'image supérieure, qui montre les éléments représentatifs, il est illustré que de droite à gauche les atomes nains; d'autre part, de haut en bas, ils deviennent plus volumineux.

En effet, dans la même période, le noyau incorpore des protons lorsqu’il se déplace vers la droite. Ces protons exercent une force d'attraction sur les électrons externes, qui ressentent une charge nucléaire efficace Zef, inférieure à la charge nucléaire réelle Z.

Les électrons des couches internes repoussent ceux de la couche externe, diminuant l'effet du noyau sur ceux-ci; Ceci est connu comme l'effet d'écran. Pendant la même période, l'effet d'écran ne parvient pas à compenser l'augmentation du nombre de protons, de sorte que les électrons de la couche interne n'empêchent pas la contraction des atomes.

Cependant, en descendant dans un groupe, de nouveaux niveaux d'énergie sont activés, ce qui permet aux électrons d'orbiter plus loin du noyau. De plus, le nombre d'électrons dans la couche interne augmente, et les effets de protection commencent à diminuer si le noyau ajoute à nouveau des protons.

Pour ces raisons, on peut voir que le groupe 1A a les atomes les plus volumineux, contrairement aux petits atomes du groupe 8A (ou 18), celui des gaz nobles.

Volumes atomiques de métaux de transition

Les atomes des métaux de transition incorporent des électrons aux orbitales internes d.Cette augmentation de l'effet d'écran et de la charge nucléaire réelle Z s'annule presque également, de sorte que leurs atomes conservent la même taille à la même période.

En d'autres termes: en une période, les métaux de transition présentent des volumes atomiques similaires. Cependant, ces petites différences sont extrêmement importantes lors de la définition des cristaux métalliques (comme s’il s’agissait de billes métalliques).

Des exemples

Deux formules mathématiques sont disponibles pour calculer le volume atomique d'un élément, chacune avec ses exemples correspondants.

Exemple 1

Vu le rayon atomique de l’hydrogène -37 pm (1 picomètre = 10-12m) - et le césium -265 pm- calculent ses volumes atomiques.

En utilisant la formule du volume sphérique, on a alors:

VH= (4/3) (3,14) (37 h)3= 212.07 pm3

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

Cependant, ces volumes exprimés en picomètres sont exorbitants, ils sont donc transformés en unités d'angstroms, en les multipliant par le facteur de conversion (1Å / 100pm)3:

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

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

Ainsi, les différences de taille entre le petit atome de H et l'atome volumineux de Cs restent numériquement évidentes. Il ne faut pas oublier que ces calculs ne sont que des approximations sous prétexte qu’un atome est totalement sphérique, ce qui écarte la réalité.

Exemple 2

La densité de l'or pur est de 19,32 g / ml et sa masse molaire est de 196,97 g / mol. En appliquant la formule M / D pour calculer le volume d'une mole d'atomes d'or, on a:

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

C'est-à-dire que 1 mole d'atomes d'or occupe 10,19 mL, mais quel est le volume spécifique d'un atome d'or? Et comment l'exprimer en unités de pm3? Pour cela, appliquez simplement les facteurs de conversion suivants:

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

Par contre, le rayon atomique de l'or est de 166 pm. Si vous comparez les deux volumes - celui obtenu par la méthode précédente et celui calculé avec la formule de volume sphérique - vous constaterez qu'ils n'ont pas la même valeur:

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

Lequel des deux est le plus proche de la valeur acceptée? Celui qui est le plus proche des résultats expérimentaux obtenus par diffraction des rayons X de la structure cristalline de l'or.

Références

  1. Helmenstine, Anne Marie, Ph.D. (9 décembre 2017). Définition du volume atomique. Récupéré le 6 juin 2018 de: thoughtco.com
  2. Mayfair, Andrew. (13 mars 2018). Comment calculer le volume d'un atome. Sciencing. Récupéré le 6 juin 2018 de: sciencing.com
  3. Wiki Kids Ltd. (2018). Lothar Meyer Courbes de volume atomique. Récupéré le 6 juin 2018 de: wonderwhizkids.com
  4. Lumen Tendances périodiques: rayon atomique. Récupéré le 06 juin 2018 de: courses.lumenlearning.com
  5. Camilo J. Derpich. Volume et densité atomique. Récupéré le 6 juin 2018 de: es-puraquimica.weebly.com
  6. Whitten, Davis, Peck & Stanley. Chimie (8ème éd.). CENGAGE Learning, p 222-224.
  7. CK-12 Foundation. (22 février 2010). Tailles atomiques comparatives. [Figure] Extrait le 6 juin 2018 de: commons.wikimedia.org
  8. CK-12 Foundation. (22 février 2010). Rayon atomique de H2. [Figure] Extrait le 6 juin 2018 de: commons.wikimedia.org