Jump to content

Ионный радиус

(Перенаправлено с Ионные радиусы )

Ионный радиус , r ion , — это радиус одноатомного иона в ионной кристаллической структуре. Хотя ни атомы, ни ионы не имеют резких границ, с ними обращаются так, как если бы они были твердыми сферами с такими радиусами, что сумма ионных радиусов катиона и аниона дает расстояние между ионами в кристаллической решетке . Ионные радиусы обычно выражаются в пикометрах ( пм) или ангстремах (Å), где 1 Å = 100 пм. Типичные значения варьируются от 31 вечера (0,3 Å) до более 200 вечера (2 Å).

Эту концепцию можно распространить на сольватированные ионы в жидких растворах, принимая во внимание сольватную оболочку .

[ редактировать ]
Х НаХ AgX
Ф 464 492
кл. 564 555
Бр 598 577
Параметры элементарной ячейки (в пм , равные двум длинам связей M–X) для галогенидов натрия и серебра. Все соединения кристаллизуются в структуре NaCl .
Относительные радиусы атомов и ионов. Нейтральные атомы окрашены в серый цвет, катионы — в красный , а анионы — в синий .

иона Ионы могут быть больше или меньше нейтрального атома, в зависимости от электрического заряда . Когда атом теряет электрон, образуя катион, другие электроны сильнее притягиваются к ядру, и радиус иона уменьшается. Аналогичным образом, когда к атому добавляется электрон, образуя анион, добавленный электрон увеличивает размер электронного облака за счет межэлектронного отталкивания.

Ионный радиус не является фиксированным свойством данного иона, но меняется в зависимости от координационного числа , спинового состояния и других параметров. Тем не менее, значения ионного радиуса достаточно переносимы , чтобы можно было периодические тенденции распознавать . Как и в случае с другими типами атомных радиусов , ионные радиусы увеличиваются по мере убывания группы . Размер иона (для того же иона) также увеличивается с увеличением координационного числа, и ион в высокоспиновом состоянии будет больше, чем тот же ион в низкоспиновом состоянии. Как правило, ионный радиус уменьшается с увеличением положительного заряда и увеличивается с увеличением отрицательного заряда.

«Аномальный» ионный радиус в кристалле часто является признаком значительного ковалентного характера связи. Ни одна связь не является полностью ионной, а некоторые предположительно «ионные» соединения, особенно переходных металлов , имеют особенно ковалентный характер. Это иллюстрируют параметры элементарной ячейки для галогенидов натрия и серебра, приведенные в таблице. На основании фторидов можно было бы сказать, что Ag + больше, чем Na + , но на основе хлоридов и бромидов наблюдается обратное. [ 1 ] Это связано с тем, что более сильный ковалентный характер связей в AgCl и AgBr уменьшает длину связи и, следовательно, кажущийся ионный радиус Ag. + , эффект, которого нет ни в галогенидах более электроположительного натрия, ни во фториде серебра , в котором ион фтора относительно неполяризуем .

Определение

[ редактировать ]

Расстояние между двумя ионами в ионном кристалле можно определить с помощью рентгеновской кристаллографии , которая дает длины сторон элементарной ячейки кристалла. Например, длина каждого ребра элементарной ячейки хлорида натрия равна 564,02 пм. Можно считать, что каждый край элементарной ячейки хлорида натрия имеет атомы, расположенные в виде Na. + ∙∙∙Cl ∙∙∙Na + , поэтому край в два раза превышает расстояние между Na-Cl. Следовательно, расстояние между Na + и Cl ионов составляет половину от 564,02 пм, что составляет 282,01 пм. Однако, хотя рентгеновская кристаллография и определяет расстояние между ионами, она не указывает, где находится граница между этими ионами, поэтому она не дает напрямую ионных радиусов.

Вид спереди на элементарную ячейку кристалла LiI с использованием кристаллических данных Шеннона (Li + = 90 вечера; И = 206 вечера). Иодид-ионы почти соприкасаются (но не совсем), что указывает на то, что предположение Ланде довольно верно.

Ланде [ 2 ] оценил ионные радиусы, рассматривая кристаллы, в которых анион и катион имеют большую разницу в размерах, например LiI. Ионы лития настолько меньше ионов йодида, что литий проникает в отверстия внутри кристаллической решетки, позволяя ионам йодида соприкасаться. То есть расстояние между двумя соседними иодидами в кристалле предполагается равным удвоенному радиусу иодид-иона, который, как было установлено, составляет 214 пм. Это значение можно использовать для определения других радиусов. Например, межионное расстояние в RbI составляет 356 пм, что дает 142 пм для ионного радиуса Rb. + . Таким образом были определены значения радиусов 8 ионов.

Васастьерна оценил ионные радиусы, рассматривая относительные объемы ионов, определенные по электрической поляризуемости, определенной путем измерения показателя преломления . [ 3 ] Эти результаты были расширены Виктором Гольдшмидтом . [ 4 ] И Васастьерна, и Гольдшмидт использовали значение 132 вечера для O. 2− ион.

Полинг использовал эффективный ядерный заряд , чтобы разделить расстояние между ионами на анионные и катионные радиусы. [ 5 ] Его данные дают O 2− ион радиусом 140 пм.

Крупный обзор кристаллографических данных привел к публикации Шенноном пересмотренных ионных радиусов. [ 6 ] Шеннон дает разные радиусы для разных координационных чисел, а также для состояний с высоким и низким спином ионов. Чтобы соответствовать радиусам Полинга, Шеннон использовал значение r ion (O 2− ) = 140 часов; данные, использующие это значение, называются «эффективными» ионными радиусами. Однако Шеннон также включает данные, основанные на r ионе ( O 2− ) = 126 часов; данные, использующие это значение, называются «кристаллическими» ионными радиусами. Шеннон утверждает, что «чувствуется, что радиусы кристаллов более точно соответствуют физическому размеру ионов в твердом теле». [ 6 ] Два набора данных перечислены в двух таблицах ниже.

Кристаллические ионные радиусы в пм элементов как функция заряда и спина ионов ( ls = низкий спин, hs = высокий спин).
Ионы являются 6-координатными, если в скобках не указано иное (например, «146 (4)» для 4-координатного N 3− ). [ 6 ]
Число Имя Символ 3− 2− 1− 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Водород ЧАС 208 −4 (2)
3 Литий Что 90
4 Бериллий Быть 59
5 Бор Б 41
6 Углерод С 30
7 Азот Н 132 (4) 30 27
8 Кислород ТО 126
9 Фтор Ф 119 22
11 Натрий Уже 116
12 Магний мг 86
13 Алюминий Ал 67.5
14 Кремний И 54
15 Фосфор П 58 52
16 сера С 170 51 43
17 хлор кл. 167 26 (3р) 41
19 Калий К 152
20 Кальций Что 114
21 Скандий наук 88.5
22 Титан Из 100 81 74.5
23 Ванадий V 93 78 72 68
24 Хром лс Кр 87 75.5 69 63 58
24 Хром hs Кр 94
25 Марганец лс Мин. 81 72 67 47 (4) 39.5 (4) 60
25 Марганец hs Мин. 97 78.5
26 железо лс Фе 75 69 72.5 39 (4)
26 Железо хс Фе 92 78.5
27 Кобальт лс Ко 79 68.5
27 Кобальт hs Ко 88.5 75 67
28 Никель ls В 83 70 62
28 Никель hs В 74
29 Медь С 91 87 68 лс
30 Цинк Зн 88
31 Галлий Здесь 76
32 германий Ге 87 67
33 Мышьяк Как 72 60
34 Селен Се 184 64 56
35 Бром Бр 182 73 (4кв) 45 (3р) 53
37 Рубидий руб. 166
38 Стронций старший 132
39 Иттрий И 104
40 Цирконий Зр 86
41 Ниобий Нб 86 82 78
42 Молибден Мо 83 79 75 73
43 Технеций Тс 78.5 74 70
44 Рутений Ру 82 76 70.5 52 (4) 50 (4)
45 Родий резус 80.5 74 69
46 Палладий ПД 73 (2) 100 90 75.5
47 Серебро В 129 108 89
48 Кадмий компакт-диск 109
49 Индий В 94
50 Полагать Сн 83
51 Сурьма Сб 90 74
52 Теллур 207 111 70
53 Йод я 206 109 67
54 Ксенон Машина 62
55 Цезий Cs 167
56 Барий Нет 149
57 Лантан 117.2
58 Церий Этот 115 101
59 Празеодим Пр 113 99
60 Неодим Нд 143 (8) 112.3
61 Прометей вечера 111
62 Самарий см 136 (7) 109.8
63 европий Евросоюз 131 108.7
64 Гадолиний Б-г 107.8
65 Тербий Тб 106.3 90
66 Диспрозий Те 121 105.2
67 Гольмий К 104.1
68 Эрбий Является 103
69 Тулий Тм 117 102
70 Иттербий Ыб 116 100.8
71 Париж Лу 100.1
72 Гафний хф 85
73 Тантал Облицовка 86 82 78
74 вольфрам В 80 76 74
75 Рений Ре 77 72 69 67
76 Осмий Ты 77 71.5 68.5 66.5 53 (4)
77 Иридий И 82 76.5 71
78 Платина Пт 94 76.5 71
79 Золото В 151 99 71
80 Меркурий ртуть 133 116
81 Таллий Тл 164 102.5
82 Вести Pb 133 91.5
83 Висмут С 117 90
84 Полоний Po 108 81
85 Астат В 76
87 Франций Пт 194
88 Радий Солнце 162 (8)
89 актиний И 126
90 Торий че 108
91 Протактиний Хорошо 116 104 92
92 Уран В 116.5 103 90 87
93 Нептун Например 124 115 101 89 86 85
94 Плутоний Мог 114 100 88 85
95 Америций Являюсь 140 (8) 111.5 99
96 Суд См 111 99
97 Берклий Бк 110 97
98 Калифорния См. 109 96.1
99 Эйнштейний Является 92.8 [ 7 ]
Эффективные ионные радиусы элементов в пм как функция заряда и спина ионов ( ls = низкий спин, hs = высокий спин).
Ионы являются 6-координатными, если в скобках не указано иное (например, «146 (4)» для 4-координатного N 3− ). [ 6 ]
Число Имя Символ 3− 2− 1− 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Водород ЧАС 139.9 −18 (2)
3 Литий Что 76
4 Бериллий Быть 45
5 Бор Б 27
6 Углерод С 16
7 Азот Н 146 (4) 16 13
8 Кислород ТО 140
9 Фтор Ф 133 8
11 Натрий Уже 102
12 Магний мг 72
13 Алюминий Ал 53.5
14 Кремний И 40
15 Фосфор П 212 [ 8 ] 44 38
16 сера С 184 37 29
17 хлор кл. 181 12 (3py) 27
19 Калий К 138
20 Кальций Что 100
21 Скандий наук 74.5
22 Титан Из 86 67 60.5
23 Ванадий V 79 64 58 54
24 Хром лс Кр 73 61.5 55 49 44
24 Хром hs Кр 80
25 Марганец лс Мин. 67 58 53 33 (4) 25.5 (4) 46
25 Марганец hs Мин. 83 64.5
26 железо лс Фе 61 55 58.5 25 (4)
26 Железо хс Фе 78 64.5
27 Кобальт лс Ко 65 54.5
27 Кобальт hs Ко 74.5 61 53
28 Никель ls В 69 56 48
28 Никель hs В 60
29 Медь С 77 73 54 лс
30 Цинк Зн 74
31 Галлий Здесь 62
32 германий Ге 73 53
33 Мышьяк Как 58 46
34 Селен Се 198 50 42
35 Бром Бр 196 59 (4кв) 31 (3р) 39
37 Рубидий руб. 152
38 Стронций старший 118
39 Иттрий И 90
40 Цирконий Зр 72
41 Ниобий Нб 72 68 64
42 Молибден Мо 69 65 61 59
43 Технеций Тс 64.5 60 56
44 Рутений Ру 68 62 56.5 38 (4) 36 (4)
45 Родий резус 66.5 60 55
46 Палладий ПД 59 (2) 86 76 61.5
47 Серебро В 115 94 75
48 Кадмий компакт-диск 95
49 Индий В 80
50 Полагать Сн 102 [ 9 ] 69
51 Сурьма Сб 76 60
52 Теллур 221 97 56
53 Йод я 220 95 53
54 Ксенон Машина 48
55 Цезий Cs 167
56 Барий Нет 135
57 Лантан 103.2
58 Церий Этот 101 87
59 Празеодим Пр 99 85
60 Неодим Нд 129 (8) 98.3
61 Прометей вечера 97
62 Самарий см 122 (7) 95.8
63 европий Евросоюз 117 94.7
64 Гадолиний Б-г 93.5
65 Тербий Тб 92.3 76
66 Диспрозий Те 107 91.2
67 Гольмий К 90.1
68 Эрбий Является 89
69 Тулий Тм 103 88
70 Иттербий Ыб 102 86.8
71 Париж Лу 86.1
72 Гафний хф 71
73 Тантал Облицовка 72 68 64
74 вольфрам В 66 62 60
75 Рений Ре 63 58 55 53
76 Осмий Ты 63 57.5 54.5 52.5 39 (4)
77 Иридий И 68 62.5 57
78 Платина Пт 80 62.5 57
79 Золото В 137 85 57
80 Меркурий ртуть 119 102
81 Таллий Тл 150 88.5
82 Вести Pb 119 77.5
83 Висмут С 103 76
84 Полоний Po 223 [ 10 ] 94 67
85 Астат В 62
87 Франций Пт 180
88 Радий Солнце 148 (8)
89 актиний И 106.5 (6)
122.0 (9) [ 11 ]
90 Торий че 94
91 Протактиний Хорошо 104 90 78
92 Уран В 102.5 89 76 73
93 Нептун Например 110 101 87 75 72 71
94 Плутоний Мог 100 86 74 71
95 Америций Являюсь 126 (8) 97.5 85
96 Суд См 97 85
97 Берклий Бк 96 83
98 Калифорния См. 95 82.1
99 Эйнштейний Является 83.5 [ 7 ]

Модель мягкой сферы

[ редактировать ]
Ионные радиусы мягких сфер (в мкм) некоторых ионов
Катион, М Р М Анион, Х Р Х
Что + 109.4 кл. 218.1
Уже + 149.7 Бр 237.2

Для многих соединений модель ионов как твердых сфер не воспроизводит расстояние между ионами, , с той точностью, с которой его можно измерить в кристаллах. Одним из подходов к повышению точности расчетов является моделирование ионов как «мягких сфер», перекрывающихся в кристалле. Поскольку ионы перекрываются, их расстояние в кристалле будет меньше суммы радиусов их мягких сфер. [ 12 ]

Связь между ионными радиусами мягких сфер, и , и , определяется

,

где представляет собой показатель степени, который зависит от типа кристаллической структуры. В модели твердых сфер будет 1, что дает .

Сравнение наблюдаемого и расчетного разделения ионов (в мкм)
МХ Наблюдается Модель мягкой сферы
LiCl 257.0 257.2
ЛиБр 275.1 274.4
NaCl 282.0 281.9
НаБр 298.7 298.2

В модели мягких сфер имеет значение от 1 до 2. Например, для кристаллов галогенидов 1 группы со структурой хлорида натрия значение 1,6667 дает хорошее согласие с экспериментом. Некоторые ионные радиусы мягких сфер приведены в таблице. Эти радиусы больше приведенных выше радиусов кристалла (Li + , 21:00; кл. , 167 вечера). Межионные расстояния, рассчитанные с использованием этих радиусов, дают удивительно хорошее согласие с экспериментальными значениями. Некоторые данные приведены в таблице. Любопытно, что нет теоретического обоснования уравнения, содержащего было дано.

Несферические ионы

[ редактировать ]

Представление об ионных радиусах основано на предположении о сферической форме иона. Однако с теоретико-групповой точки зрения это предположение оправдано только для ионов, которые находятся в узлах кристаллической решетки с высокой симметрией , таких как Na и Cl в галите или Zn и S в сфалерите . Можно провести четкое различие, если рассматривать точечную группу симметрии соответствующего узла решетки: [ 13 ] которые представляют собой группы Oh кубические и T d в NaCl и ZnS. Для ионов на участках с более низкой симметрией могут возникать значительные отклонения их электронной плотности от сферической формы. Это справедливо, в частности, для ионов в узлах решетки полярной симметрии, которыми являются кристаллографические точечные группы C 1 , C 1 h , C n или C nv , n = 2, 3, 4 или 6. [ 14 ] Недавно тщательный анализ геометрии связи был проведен для соединений типа пирита , в которых одновалентные ионы халькогена располагаются в узлах решетки С 3 . Было обнаружено, что ионы халькогена необходимо моделировать эллипсоидальными распределениями заряда с разными радиусами вдоль оси симметрии и перпендикулярно ей. [ 15 ]

См. также

[ редактировать ]
  1. ^ На основе обычных ионных радиусов Ag + (129 часов) действительно больше Na + (116 вечера)
  2. ^ Ланде, А. (1920). «О размерах атомов» . Журнал физики . 1 (3): 191–197. Бибкод : 1920ZPhy....1..191L . дои : 10.1007/BF01329165 . S2CID   124873960 . Архивировано из оригинала 3 февраля 2013 года . Проверено 1 июня 2011 г.
  3. ^ Васастьерна, Дж. А. (1923). «О радиусах ионов». Комм. Физ.-мат., соц. наук. Фенн . 1 (38): 1–25.
  4. ^ Гольдшмидт, WM (1926). Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente . Труды норвежской науки - акад. Осло, (I) Еда. Природа. Это 8-томный сборник книг Гольдшмидта.
  5. ^ Полинг, Л. (1960). Природа химической связи (3-е изд.). Итака, Нью-Йорк : Издательство Корнельского университета.
  6. ^ Перейти обратно: а б с д РД Шеннон (1976). «Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах» . Акта Кристаллогр А. 32 (5): 751–767. Бибкод : 1976AcCrA..32..751S . дои : 10.1107/S0567739476001551 .
  7. ^ Перейти обратно: а б Р.Г. Хайре, Р.Д. Байбарз: «Идентификация и анализ полуторного оксида эйнштейния методом дифракции электронов», в: Журнал неорганической и ядерной химии , 1973 , 35 (2), S. 489–496; дои : 10.1016/0022-1902(73)80561-5 .
  8. ^ «Атомный и ионный радиус» . Химия LibreTexts . 3 октября 2013 г.
  9. ^ Сиди, В. (декабрь 2022 г.). «Об эффективных ионных радиусах катиона олова(II)» . Журнал физики и химии твердого тела . 171 (110992). дои : 10.1016/j.jpcs.2022.110992 .
  10. ^ Шеннон, Р.Д. (1976), "Пересмотренные эффективные ионные радиусы и систематические исследования межатомных расстояний в галогенидах и халькогенидах", Acta Crystallogr. А , 32 (5): 751–67, Бибкод : 1976AcCrA..32..751S , doi : 10.1107/S0567739476001551 .
  11. ^ Деблонд, Готье Ж.-П.; Заварин, Маврик; Керстинг, Энни Б. (2021). «Координационные свойства и ионный радиус актиния: загадка 120-летней давности» . Обзоры координационной химии . 446 . Elsevier BV: 214130. doi : 10.1016/j.ccr.2021.214130 . ISSN   0010-8545 .
  12. ^ Ланг, Питер Ф.; Смит, Барри К. (2010). «Ионные радиусы кристаллов галогенидов, гидридов, фторидов, оксидов, сульфидов, селенидов и теллуридов групп 1 и 2» . Транзакции Далтона . 39 (33): 7786–7791. дои : 10.1039/C0DT00401D . ПМИД   20664858 .
  13. ^ Х. Бете (1929). «Термическое разложение кристаллов». Аннален дер Физик . 3 (2): 133–208. Бибкод : 1929АнП...395..133Б . дои : 10.1002/andp.19293950202 .
  14. ^ М. Биркхольц (1995). «Диполи, индуцированные кристаллическим полем в гетерополярных кристаллах – I. концепция» . З. Физ. Б. 96 (3): 325–332. Бибкод : 1995ZPhyB..96..325B . CiteSeerX   10.1.1.424.5632 . дои : 10.1007/BF01313054 . S2CID   122527743 .
  15. ^ М. Биркхольц (2014). «Моделирование формы ионов в кристаллах пирита» . Кристаллы . 4 (3): 390–403. дои : 10.3390/cryst4030390 .
[ редактировать ]
Arc.Ask3.Ru: конец переведенного документа.
Arc.Ask3.Ru
Номер скриншота №: 3a277ce0a421569d6cf8be1533093f2b__1712738460
URL1:https://arc.ask3.ru/arc/aa/3a/2b/3a277ce0a421569d6cf8be1533093f2b.html
Заголовок, (Title) документа по адресу, URL1:
Ionic radius - Wikipedia
Данный printscreen веб страницы (снимок веб страницы, скриншот веб страницы), визуально-программная копия документа расположенного по адресу URL1 и сохраненная в файл, имеет: квалифицированную, усовершенствованную (подтверждены: метки времени, валидность сертификата), открепленную ЭЦП (приложена к данному файлу), что может быть использовано для подтверждения содержания и факта существования документа в этот момент времени. Права на данный скриншот принадлежат администрации Ask3.ru, использование в качестве доказательства только с письменного разрешения правообладателя скриншота. Администрация Ask3.ru не несет ответственности за информацию размещенную на данном скриншоте. Права на прочие зарегистрированные элементы любого права, изображенные на снимках принадлежат их владельцам. Качество перевода предоставляется как есть. Любые претензии, иски не могут быть предъявлены. Если вы не согласны с любым пунктом перечисленным выше, вы не можете использовать данный сайт и информация размещенную на нем (сайте/странице), немедленно покиньте данный сайт. В случае нарушения любого пункта перечисленного выше, штраф 55! (Пятьдесят пять факториал, Денежную единицу (имеющую самостоятельную стоимость) можете выбрать самостоятельно, выплаичвается товарами в течение 7 дней с момента нарушения.)