Χημεία Γ΄ Λυκείου: Περιοδικός Πίνακας και Ατομική Ακτίνα των Στοιχείων – Θεωρία

Η θεωρία στο άρθρο αυτό προέρχεται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός.  Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης, Γρηγόρη, Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

 Η ενότητα 1.2.1. του βιβλίου περιλαμβάνει:

•  Ορισμό της ατομικής ακτίνας
• Παρουσίαση και επεξήγηση της μεταβολής της ατομικής ακτίνας των στοιχείων κατά μήκος μίας περιόδου ή ομάδας του περιοδικού πίνακα.
• Επεξήγηση της έννοιας του δραστικού πυρηνικού φορτίου
• Στοιχεία μετάπτωσης – Μεταβολή της ατομικής ακτίνας στα στοιχεία μετάπτωσης
• Χρησιμότητα της έννοιας της ατομικής ακτίνας
• Μεθοδολογία ασκήσεων – Λύσεις ασκήσεων

 Για απόσπασμα από το βιβλίο δες εδώ. Για την πλήρη θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

Χημεία Γ΄ Λυκείου: Περιοδικός Πίνακας και Ατομική Ακτίνα των Στοιχείων – Ασκήσεις

Η θεωρία και οι ασκήσεις στο άρθρο αυτό προέρχονται από το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης» – Κ. Καλαματιανός. Λεπτομερής παρουσίαση του βιβλίου, αποσπάσματά του και τρόποι αγοράς δίνονται στον ιστότοπο  https://sites.google.com/site/kalamatianosbooks.

Το βιβλίο διατίθετα στον παραπάνω ιστότοπο σε ειδική προνομιακή τιμή.  Διατίθεται επίσης στα εξής  βιβλιοπωλεία (μεταξύ άλλων): Ιανός (Αθήνα – Θεσ/νικη), Κορφιάτης, Γρηγόρη, Ελευθερουδάκης,  Πατάκης,  Αναστασάκης, Βιβλιοχώρα.

 

 Σκοπός στην ενότητα αυτή του βιβλίου είναι:

•  Να κατανοηθεί τι λέμε ατομική ακτίνα
• Να παρουσιασθεί πώς ο περιοδικός πίνακας και η ηλεκτρονιακή δομή των στοιχείων μας επιτρέπουν να προβλέπουμε την μεταβολή της ατομικής ακτίνας κατά μήκος μίας περιόδου ή ομάδας του περιοδικού πίνακα
• Να παρουσιασθεί η χρησιμότητα της ατομικής ακτίνας και η συσχέτισή της με φυσικές και χημικές ιδιότητες του ατόμου.

 

Για την θεωρία της ενότητας και τις σχετικές ασκήσεις  δες το βιβλίο «Γενική Χημεία Γ΄ Λυκείου Θετικής Κατεύθυνσης».

Μερικές ενδεικτικές ασκήσεις – παραδείγματα από το βιβλίο δίνονται παρακάτω:

Άσκηση – Παράδειγμα  #1-37  

Τοποθετείστε τα στοιχεία ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα: Ο, Cl, Se, Br

 Λύση:

 Τα στοιχεία ανήκουν σε δύο ομάδες του περιοδικού πίνακα. Το O και το Se ανήκουν στην ομάδα 16 ενώ το Cl και Br στην ομάδα 17.

Εφαρμόζουμε την Μεθοδολογία #4 και την Μέθοδο Γ  για την κατάταξη των στοιχείων.

 Βήμα Ι: Ταξινομούμε τα στοιχεία που ανήκουν στην ίδια ομάδα ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα και έτσι έχουμε:   Ο < Se και Cl < Br

 Βήμα ΙΙ: Το Se και το Br ανήκουν στην ίδια περίοδο και ισχύει Se > Br

 Βήμα ΙΙI: Mε βάση το Βήμα Ι και ΙΙ ταξινομούμε όλα τα στοιχεία:  Ο <  Cl < Br  <  Se

 

 Άσκηση – Παράδειγμα  #1-38  

Ταξινομήστε τα στοιχεία S, Ge, P και Si ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα.

Λύση:

 Oρισμένα από τα στοιχεία βρίσκονται στην ίδια ομάδα και ορισμένα στην ίδια περίοδο. Εφαρμόζουμε την Μεθοδολογία #4 και την Μέθοδο Ε για την κατάταξη των στοιχείων.

 Βήμα Ι:

Τα στοιχεία Si, P, S, ανήκουν στην ίδια περίοδο (περίοδος 3)

Τα στοιχεία Si και Ge στην ίδια ομάδα (ομάδα 14)

 Βήμα ΙΙ:

Ταξινομούμε τα στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια περίοδο ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα:   S < P < Si

Ταξινομούμε τα στοιχεία που βρίσκονται στην ίδια ομάδα ως προς αύξουσα ατομική ακτίνα: Si < Ge

 Βήμα ΙΙI:

Κοινό στοιχείο είναι το Si. Mε βάση το Βήμα ΙΙ ταξινομούμε όλα τα στοιχεία:

S < P < Si < Ge

 

 Άσκηση – Παράδειγμα  #1-39  

Ποιο από τα παρακάτω στοιχεία έχει την μεγαλύτερη ακτίνα;

α) Κ   β) Κ⁺   γ) Cl^–   δ) Cl  ε) Ne      

 Λύση:

 Η σωστή απάντηση είναι η (α) το K. Tα στοιχεία δεν είναι ισοηλεκτρονικά ώστε το φορτίο τους να καθορίζει το μέγεθος (όπως στην Μεθοδολογία #4 – Μέθοδο Β) . To K βρίσκεται στην περίοδο 4 και έχει ηλεκτρόνια σε εξωτερική στιβάδα με τον μεγαλύτερο κύριο κβαντικό αριθμό (4s) ενώ παράλληλα έχει το μικρότερο δραστικό πυρηνικό φορτίο (Ζ_Δ = 19-18 = +1).

Το Κ⁺ είναι μικρότερο του Κ αφού έχει χάσει ένα εξωτερικό ηλεκτρόνιο.

Το Cl^–  και το Cl  έχουν εξωτερικά ηλεκτρόνια στην στιβάδα 3p και παράλληλα σε αυτά τα ηλεκτρόνια επιδρά μεγαλύτερο δραστικό πυρηνικό φορτίο σε σχέση με το Κ  (Ζ_Δ = 18-10 = +8 για το Cl^–  και Ζ_Δ = 17-10 = +7 για το Cl).

Το Ne έχει εξωτερικά ηλεκτρόνια στην στιβάδα 2p και σε αυτά επιδρά το δραστικό πυρηνικό φορτίο Ζ_Δ = 10-2 = +8 και επομένως έχει το μικρότερη μέγεθος.

Άσκηση – Παράδειγμα  #1-40  

Ποιο ιόν από τα παρακάτω έχει το μεγαλύτερο μέγεθος;

α) Νa⁺   β) Cl^–  γ) K⁺   δ) Al⁺³   ε) F^–      

 Λύση:

 Η σωστή απάντηση είναι η (β) το Cl^–. Παρατηρούμε ότι τα στοιχεία K⁺ και Cl^– είναι ισοηλεκτρονικά και έχουν την ηλεκτρονιακή δομή του Ar (ηλεκτρόνια σε εξωτερική στιβάδα 3p). Τα στοιχεία Νa⁺, Al⁺³   και F^– είναι επίσης ισοηλεκτρονικά και έχουν την ηλεκτρονιακή δομή του Ne (ηλεκτρόνια σε εξωτερική στιβάδα 2p). To δραστικό πυρηνικό φορτίο σε όλες τις παραπάνω περιπτώσεις είναι το ίδιο Ζ_Δ = +8.

Επομένως το μεγαλύτερο σε μέγεθος ιόν θα είναι είτε το K⁺ είτε το Cl^–. Εφαρμόζουμε την Μεθοδολογία #4 και την Μέθοδο Β για την κατάταξη των στοιχείων ως προς μεγαλύτερο μέγεθος και προκύπτει: K⁺ < Cl^–.

 Όμοιες ασκήσεις: 148, 151

 

 Άσκηση – Παράδειγμα  #1-41  

Eξηγείστε με βάση τις ηλεκτρονιακές δομές τους γιατί η ελάττωση της ατομικής ακτίνας από το ₂₀Ca προς ₃₁Ga είναι μεγαλύτερη από ότι από το ₁₂Mg προς το ₁₃Al.

 Λύση:

 Δέκα επιπλέον πρωτόνια προστίθενται στον πυρήνα καθώς μετακινούμαστε από το ₂₀Ca προς ₃₁Ga ενώ μόνο ένα πρωτόνιο από το ₁₂Mg προς το ₁₃Al.  Επομένως οι ηλεκτροστατικές δυνάμεις (ελκτικές δυνάμεις πυρήνα – ηλεκτρονίων) θα είναι μεγαλύτερες στα ηλεκτρόνια του ₃₁Ga από ότι στα ηλεκτρόνια του ₁₃Al.  Αποτέλεσμα είναι η ελάττωση της ατομικής ακτίνας από το ₂₀Ca προς ₃₁Ga  να είναι μεγαλύτερη από ότι από το ₁₂Mg προς το ₁₃Al.

Προσπαθήστε να εξηγήσετε τα παραπάνω και με βάση το δραστικό πυρηνικό φορτίο στο ₃₁Ga και στο ₁₃Al (θεωρήστε ότι τα 3d ηλεκτρόνια στην περίπτωση του ₃₁Ga  συμπεριφέρονται ως ηλεκτρόνια εξωτερικής στιβάδας και έτσι δεν ελαττώνουν το δραστικό πυρηνικό φορτίο όπως τα υπόλοιπα ηλεκτρόνια των ενδιάμεσων στιβάδων.