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8.3:

离子半径

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Chemistry
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Ionic Radii

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一个离子的半径为阳离子或阴离子的半径,被定义为离子化合物中离子与离子之间的距离。阳离子比母原子还更小,然而阴离子则比母原子更大。与原子半径相同,定义下离子半径为电子数,保持其价电子的轨道,及核电荷所决定。以锂为例,其有一个氨核的电子组态和 一个一个最外层2s电子。2s电子与核电荷之间 被两个1s电子屏蔽,并导致152皮米的原子半径。当锂失去最外侧的2s电子,而得到锂阳离子,与母原子相比。其拥有较少的电子但相同数量的质子。两个1s上的电子比起2s 上的电子被原子核抓得更紧,因为它们正承受比2s电子所接受的还更强烈的核电荷。因此,锂阳离子的离子半径为60皮米,其比母原子还要小很多。这样的趋势能在所有金属阳离子 与其母原子中被观察到。相对的,阴离子比母原子还大。当氟原子接受一个电子,其增加了一个最外层的电子,但是质子的数量保持不变,因核电荷保持不变。增加的电子—电子排斥力的增加导致 电子散布于空间中更多。因此氟阴离子半径为136皮米,其比母原子大许多。总体而言,随着主能阶的增加,s和p区元素的离子半径向下 增加因而轨道数的增加。那假设一组原子和离子拥有 相同数量的电子呢?它们被称为等电子序列,可以通过增加原子序数来排序。所示的等电子序列的每个成员具有 18个电子。但是,它们的质子数不同。硫化物离子具有16个质子吸引18个电子,而钙离子具有20个质子吸 引相同的电子。因此,具有更多的质子,钙可以将电子拉到比硫化物更靠近核的位置,从而导致钙离子小于硫化物离子。核电荷越大,半径越小,虽然添加电子壳会破坏这种趋势。尽管,在该系列中,硫化物是最大的离子,而钙是最小的离子。

8.3:

离子半径

离子半径是用来描述离子大小的度量。阳离子总是具有比母原子更少的电子和相同数量的质子。它比它所衍生的原子小。例如,铝原子的共价半径(1 s 2 2 s 2 2 p 6 3 s 2 3 p 1 )是118 pm ,而Al 3 + (1 s 2 2 s 2 2 p 6 )是68 pm。当电子从外价壳中移出时,占据较小壳的其余核心电子会经历更大的有效核电荷 Z eff ,并且被拉得更靠近原子核。 >

带较大电荷的阳离子比带较小电荷的阳离子小(例如V 2 + 的离子半径为79 pm,而V 3 + 的离子半径为64下午)。从元素周期表的各组开始,具有相同电荷的连续元素的阳离子通常具有较大的半径,这对应于主量子数 n 的增加。

阴离子(负离子)是通过向原子的价态壳中添加一个或多个电子而形成的。这导致电子之间的排斥力更大,每个电子的 Z eff 减小。两种效应(电子数量的增加和 Z eff 的减小)都导致阴离子的半径大于母原子的半径。例如,硫原子([Ne] 3 s 2 3 p 4 )的共价半径为104 pm,而硫化物阴离子的离子半径([Ne] 3 s 2 3 p 6 )是170 pm。对于连续向下进入任何基团的元素,阴离子具有较大的主量子数,因此具有较大的半径。

具有相同电子构型的原子和离子被称为等电子。等电子物种的例子是N 3 ,O 2 ,F &s ,Ne,Na + , Mg 2 + 和Al 3 + (1 s 2 2 s 2 2 p 6 )。另一个等电子系列是P 3 ,S 2– ,Cl – ,Ar,K + ,Ca 2 + 和Sc 3 + ([Ne] 3 s 2 3 p 6 )。对于等电子原子或离子,质子的数量决定大小。核电荷越大,一系列等电子离子和原子的半径越小。

本文改编自 OpenStax 化学 2e ,第6.5节:元素属性的周期性变化。