أي ان المسافة بين الأيونات في الشبكة البلورية = نصف قطر الكاتيون + نصف قطر الآنيون .
ما معنى نصف القطر الذري ؟
هو نصف المسافة بين نواتي عنصرين أو نصف المسافة بين نواتي ذرتين متماثلتين في الجزيء ثنائي الذرة وذلك كما اشرنا سابقاً باعتبار أن الذرة دائرية الشكل، كما ان نصف القطر الذري يستخدم لوصف حجم الذرة.
تعريف طول الرابطة: تعرف بأنها المسافة بين نواتى ذرتين متحدتين، ويتم قياس طول الرابطة عن طريق الأشعة السينية أو حيود الإلكترونات.
يقاس نصف القطر بوحدة "بيكو متر" واختصارها (pm) وكذلك بوحدة أنجستروم واختصارها (A) نلاحظ عادةً ان أنصاف الأقطار تتراوح بين 30 إلى 200 بيكو متر وتساوي (0.3 إلى 2) بوحدة أنجستروم.
من الناحية التقنية فإن نصف القطر الذري يعرف بأنه نصف مسافة الاتزان بين ذرتين متجاورتين، (واللتان ترتبطان معا برابطة تساهمية، أو تتواجد الذرتان بالقرب من بعضهما البعض في شكل شبكة بلورية لأي عنصر.
نصف القطـر التساهمي:
يطلق على نصف القطر الذري بـ نصف القطر التساهمي (عندما تكون الرابطة بين الذرتين تساهمية) .
في حال كانت الذرتيـن المرتبطتين متماثلتين أي رابطة غير قطبية فإن نصف القطر التساهمي يساوي نصف المسافة بين نواتى ذرتين متماثلتين متحدتين.
أما في حال كانت الذرتين المرتبطتين غير متماثلتين أي رابطة قطبية فإن نصف قطر احدى الذرات يساوي طول الرابطة بين ذرتين غير متماثلتين مطروح منه نصف قطر الذرة الأخرى.
مثال على ذلك:
إذا كانت المسافة بين نواتي ذرتي هيدروجين متحدتين 0.60 أنجستروم، فكم يبلغ نصف قطر ذرة الهيدروجين؟
بإتباع القانون المذكور سابقاً (نصف القطر التساهمي يساوي نصف المسافة بين نواتى ذرتين متماثلتين متحدتين) فإن:
نصف قطر ذرة الهيدروجين = طول الرابطة في جزيء الهيدروجين ÷ 2
وبالتالي : 0.60 ÷ 2 = 0.30 أنجستروم.
مثال تدريبي آخر:
إذا كان طول الرابطة في جزيء الكلور Cl-Cl تساوي 1.98 أنجستروم، وطول الرابطة بين ذرة الكربون وذرة الكلور C-Cl تساوي 1.76 أنجستروم. احسب نصف قطر ذرة الكربون.
نقوم أولا من خلال معطيات جزيء الكلور بحساب نصف قطر الكلور باستخدام القانون السابق:
نصف قطر ذرة الكلور = طول الرابطة في جزيء الكلور ÷ 2
وبالتالي = 1.98 ÷ 2 = 0.99 أنجستروم.
بعد ذلك من خلال المعطيات لارتباط ذرتي الكربون والكلور نقوم بحساب المطلوب الرئيسي من المثال وهو نصف قطر ذرة الكربون بإستخدام القانون المذكور سابقاً (نصف قطر احدى الذرات يساوي طول الرابطة بين الذرتين الغير متماثلتين مطروح منه نصف قطر الذرة الأخرى) وذلك لأن الذرتين غير متماثلتين.
نصف قطر ذرة الكربون = طول الرابطة بين الكلور والكربون ـ نصف قطر الذرة الكلور.
وبالتالي فإن: نصف قطر ذرة الكربون = 1.76 ـ 0.99 = 0.77 أنجستروم .
الجدول التالي يوضح أنصاف اقطار وطول الرابطة لبعض الذرات المتماثلة:
| الجزيء | طول الرابطة بالأنجستروم | نصف القطر الذري التساهمي |
|---|---|---|
| H-H | 0.60 | 0.30 |
| F-F | 1.28 | 0.64 |
| Cl-Cl | 1.98 | 0.99 |
| Br-Br | 2.28 | 1.14 |
| I-I | 2.66 | 1.33 |
يطلق على نصف القطر الذري بـ نصف القطر الأيوني (عندما تكون الرابطة بين الذرتين أيونيه) ، وبالتالي فإن نـصف القطــر الأيوني هو نصف قطر الأنيون (الحامل للشحنة السالبه) أو الكاتيون (الحامل للشحنة الموجبة) ، وطول الرابطة في هذه الحالة تساوي مجموع نصف قطري الأيون الموجب والسالب.
ونشير هنا الى ان الأيون هو عبارة عن ذرة فقدت أو اكتسبت إلكترون أو أكثر حتى تصل إلى حالة الاستقرار الثماني.
- نصف القطر للأيون السالب:
نصف قطر الايون السالب اكبر من نصف قطر ذرته، وذلك بسبب تحول الذرة إلى ايون سالب نتيجة لاكتسابها إلكترون أو أكثر فبالتالي تزداد عدد الشحنات السالبة في المستويات الرئيسية عن عدد الشحنات الموجبة داخل النواة فتصبح قوة الجذب للنواة موزعة على عدد كبير من الالكترونات ويقل في هذه الحالة جذب النواة.
- نصف القطر للأيون الموجب:
نصف قطر الايون الموجب اصغر من نصف قطر ذرته، وذلك بسبب تحول الذرة الى ايون سالب نتيجة لفقدها إلكترون أو أكثر لتصل إلى الاستقرار فيقل تبعاً لذلك عدد الالكترونات في المستويات عن عدد البروتونات في النواة وبالتالي يزداد قوة جذب النواة للإلكترونات.
الجدول التالي يوضح مقارنة بين الأيونات الموجبة والسالبة:
| الأيون الموجب (الكاتيون) | الأيون السالب (الآنيون) |
|---|---|
| يتكون بفقد إلكترون أو أكثر | يتكون باكتساب إلكترون أو أكثر |
| تقل السحابة الإلكترونية | تزيد السحابة الإلكترونية |
| تزيد قوة جذب النواة للإلكترونات | يزيد التنافر بين الإلكترونات |
| يقل نصف القطر للأيون الموجب | يقل جذب النواة للإلكترونات |
| الأيونات الموجبة تتكون للفلزات | يزيد نصف القطر للأيون السالب |
| مثال عليها أيونات Na+1, Ca+2, Al+3 | الأيونات السالبة تتكون للافلزات |
| تتكون عبر تفاعل ماص للطاقة وتسمى طاقة التأين | مثال عليها أيونات Cl-1, O-2, P-3 |
| تتكون عبر تفاعل طارد للحرارة ويسمى الميل الإلكتروني |
أولاً تدرج نصف القطر الذري عبر الدورة الواحدة:
يقل نصف القطر الذري بزيادة العدد الذري عبر الدورة الواحدة أي يقل نصف القطر الذري بالانتقال من يسار الجدول الدوري إلى يمينه ويعود ذلك الى زيادة العدد الذرى وبالتالي تزداد الشحنة الموجبة فيزداد بذلك قوة جذب النواه للإلكترونات في مستويات الطاقة الخارجية .ويتم سحب الإلكترونات نحو النواة مما يؤدي الى تقليل نصف القطر.
وإذا اردنا هنا ان نعيد صياغة ما ذكرناه سابقاً بشكل سؤال متداول علمياً:
لماذا يقل نصف القطر الذرى بزيادة العدد الذرى عبر الدورة الواحدة بالانتقال من اليسار إلى اليمين ؟
فيكون الجواب على ذلك: لأنه بزيادة العدد الذرى تزيد الشحنة الموجبة فتزيد قوة جذبها للإلكترونات في مستويات الطاقة الخارجية مؤدياً لسحب الإلكترونات نحو النواة، فيقل نصف القطر.
ثانياً تدرج نصف القطر الذرى عبر المجموعة الواحدة:
يزداد نصف القطر الذري في المجموعة الواحدة بزيادة العدد الذرى أي يزداد نصف القطر الذري بالانتقال من أعلى الجدول الدوري إلى أسفل ويعود ذلك الى انه بالانتقال من أعلى الجدول الدوري الى أسفله عبر المجموعة الواحدة يزداد العدد الذري وبالتالي تزداد الشحنة الموجبة، ولكن يجب التركيز هنا الى انه في ذات الوقت تحدث زيادة في عدد مستويات الطاقة المملوءة بالإلكترونات والتي تؤدي لحجب قوة جذب النواة للإلكترونات في المستويات الخارجية، فتقل قوة جذب النواة لهذه الإلكترونات، ويزيد حجم الذرة وتبعاً لذلك يزيد نصف القطر .
وإذا اردنا هنا ان نعيد صياغة ما ذكرناه سابقاً بشكل سؤال متداول علمياً:
لماذا يزيد نصف القطر الذري في المجموعة الواحدة بزيادة العدد الذري بالانتقال من أعلى الجدول الدوري إلى أسفله ؟
فيكون الجواب على ذلك: لأنه بالانتقال من أعلى الجدول الدوري الى الأسفل عبر المجموعة الواحدة، يزيد العدد الذرى وتزيد تبعاً لذلك الشحنة الموجبة، ولكن فى نفس الوقت تزيد عدد مستويات الطاقة المملوءة بالإلكترونات مؤدياً الى حجب قوة جذب النواة للإلكترونات فى المستويات الخارجية، وبذلك تقل قوة جذب النواة لهذه الإلكترونات، فيزيد حجم الذرة ويزيد نصف القطر .
ملاحظة هامة :
في المجموعة الثالثة عشر فإن نصف قطر الجاليوم أقل من نصف قطر الألمنيوم بالرغم من أنه يأتي بعده في المجموعة، لماذا؟
وذلك لأن الجاليوم بعكس الألمنيوم تسبقه عناصر المستوى d مما يؤدي لزيادة الشحنة الموجبة فيتزيد قوة جذب النواة للإلكترونات .
الجدول التالي يوضح مقارنة لتدرج خواص العناصر في الجدول الدوري:
| الخاصية | التأثر عبر الدورة | التأثر عبر المجموعة |
|---|---|---|
| نصف القطر الذري | يقل | يزداد |
| طاقة التأين الأولى | تزداد | تقل |
| الميل الإلكتروني | يزداد | يقل |
| السالبية الكهربائية | تزداد | تقل |
| نصف القطر الأيوني | يقل | يزداد |
عزيزي الزائر، اكتب لنا تعليقك على الموضوع..