نصف القطر الأيوني

نصف القطر الأيوني هو نصف قطر أيون لذرة ما. على الرغم من صعوبة تحديد شكل نهائي للذرات أو للأيونات، إلا أنه يمكن اعتبارها على شكل كرات ذات أنصاف أقطار، بحيث أنه في مركب أيوني يكون مجموع نصفي قطر الكاتيون (الحامل للشحنة الموجية) والأنيون (الحامل للشحنة السالبة) يعطي في النهاية المسافة بين الأيونات في الشبكة البلورية.

تقاس أنصاف الأقطار الأيونية بوحدات من أبعاد البيكومتر (pm) أو الأنغستروم (Å). عادةً ما تتراوح أنصاف الأقطار الأيونية بين 30 إلى 200 بيكومتر (0.3 إلى 2 أنغستروم).

صفات عامة

X−	NaX	AgX
F	464	492
Cl	564	555
Br	598	577

أبعاد نسبية للذرات والأيونات. الذرة المعتدلة باللون الرمادي، الكاتيونات باللون الأحمر، والأنيونات باللون الأزرق.

يمكن أن تكون الأيونات أكبر أو أصغر من الذرات المعتدلة، وذلك حسب شحنة الأيون. عندما تفقد الذرة إلكترون ما من مدارها الخارجي لتشكّل كاتيون، فإن الإلكترون المفقود لم يعد يساهم في وقاية الإلكترونات الأخرى من تأثير شحنة النواة، وبالتالي، فإن الإلكترونات الأخرى تنجذب بقوة أكبر إلى النواة، مما يجعل نصف قطر النواة أصغر. بالمقابل، فإنه عند إضافة إلكترون إلى النواة وتشكيل أنيون فإن الإلكترون المضاف يقلل من تأثير الحجب المذكور، مما يؤدي إلى زيادة نصف قطر النواة.

إن نصف القطر الأيوني عبارة عن خاضيّة متغيّرة وليست ثابتة، أي أنها تتغيّر بتغيّر العدد التساندي وحالة اللف المغزلي بالنسبة للإلكترونات d، بالإضافة إلى عوامل أخرى. ولكن على الرغم من ذلك، فإن قيم نصف القطر الأيوني تحدد غالباً بالمقارنة بين المركبات المختلفة لإظهار التفاوت.

تحديد نصف القطر الأيوني

تحدد المسافة بين أيونين في الشبكة البلورية باستخدام علم دراسة البلورات بالأشعة السينية، والذي يعطي أبعاد وحدة الخلية في البلورة. على سبيل المثال، فإن أبعاد وحدة الخلية في بلورة كلوريد الصوديوم يبلغ 564.02 بيكومتر. إن كل طرف من وحدة الخلية يمكن اعتباره حسب الترتيب Na⁺∙∙∙Cl⁻∙∙∙Na⁺، أي أن البعد هو ضعف المسافة بين Na-Cl، أي 282.01 بيكومتر.

خلال سنوات عدة كانت هناك تقديرات وحسابات مختلفة لأنصاف الأقطار الأيونية. قام ألفرد لانده Alfred Landé بإجراء تقديرات لأنصاف الأقطار الأيونية وذلك للمركبات الأيونية التي فيها تفاوت كبير في الحجم مثل يوديد الليثيوم LiI. إن أيونات الليثيوم صغيرة مقارنة مع أيونات اليود، بحيث أن الليثيوم يسع في الثقوب ضمن الشيكة البلورية التي تشكلها أيونات اليود، مما يسمح نظرياً بتماس أيونات اليود مع بعضها، وبالتالي، فإن المسافة بين أيوني يود متجاورين هو قطر أيون اليود، أي أن نصف المسافة هو نصف القطر. على هذا الأساس ثبت لانده نصف قطر اليود على أساس 214 بيكومتر، وأصبح بالإمكان معرفة نصف قطر الكاتيونات الأخرى في مركبات اليوديد.

قام العالم واساستجيرنا Wasastjerna بتقدير أنصاف القطر الأيونية عن طريق الحجم النسبي للأيونات المستحصل عن طريق الاستقطاب الكهربائي، والذي يحدد عن طريق قرينة الانكسار للبلورات. هذه النتائج جرى توسيعها من قبل فكتور غولدشميت Victor Goldschmidt والذي أعطى أنيون الأكسيد ²⁻O قيمة نصف قطر مقدارها 132 بيكومتر..

استخدم باولنغ قيم الشحنة النووية الفعالة لوضع تناسب بين مسافات الأيونات وذلك إلى أنصاف قطر أنيونية وكاتيونية. وأعطت بياناته قيمة مقدارها 140 بيكومتر كنص قطر لأيون ²⁻O.

جرت هناك عملية مراجعة لقيم أنصاف الأقطار الأيونية من قبل شانون Shannon، والذي أعطى قيم لأنصاف الأقطار حسب العدد التساندي.

أنصاف الأقطار الأيونية في البلورات للعناصر المختلفة مقدرة بالبيكومتر وذلك حسب الشحنة الأيونية واللف المغزلي.
إن الأيونات المذكورة هي سداسية التساند ما لم يرد خلاف ذلك ضمن الأقواس.

العدد الذري	الاسم	الرمز	3–	2–	1–	1+	2+	3+	4+	5+	6+	7+	8+
3	ليثيوم	Li				90
4	بيريليوم	Be					59
5	بورون	B						41
6	كربون	C							30
7	نيتروجين	N	132 (4)					30		27
8	أكسجين	O		126
9	فلور	F			119							22
11	صوديوم	Na				116
12	مغنسيوم	Mg					86
13	ألومنيوم	Al						67.5
14	سيليكون	Si							54
15	فوسفور	P						58		52
16	كبريت	S		170					51		43
17	كلور	Cl			167					26 (3py)		41
19	بوتاسيوم	K				152
20	كالسيوم	Ca					114
21	سكانديوم	Sc						88.5
22	تيتانيوم	Ti					100	81	74.5
23	فاناديوم	V					93	78	72	68
24	كروم لف مغزلي منخفض	Cr					87	75.5	69	63	58
24	كروم لف مغزلي مرتفع	Cr					94
25	منغنيز لف مغزلي منخفض	Mn					81	72	67	47 (4)	39.5 (4)	60
25	منغنيز لف مغزلي مرتفع	Mn					97	78.5
26	حديد لف مغزلي منخفض	Fe					75	69	72.5		39 (4)
26	حديد لف مغزلي مرتفع	Fe					92	78.5
27	كوبالت لف مغزلي منخفض	Co					79	68.5
27	كوبالت لف مغزلي مرتفع	Co					88.5	75	67
28	نيكل لف مغزلي منخفض	Ni					83	70	62 ls
28	نيكل لف مغزلي مرتفع	Ni						74
29	نحاس	Cu				91	87	68 ls
30	زنك	Zn					88
31	غاليوم	Ga						76
32	جرمانيوم	Ge					87		67
33	زرنيخ	As						72		60
34	سيلينيوم	Se		184					64		56
35	بروم	Br			182			73 (4sq)		45 (3py)		53
37	روبيديوم	Rb				166
38	سترونشيوم	Sr					132
39	إتريوم	Y						104
40	زركونيوم	Zr							86
41	نيوبيوم	Nb						86	82	78
42	موليبدنوم	Mo						83	79	75	73
43	تكنيشيوم	Tc							78.5	74		70
44	روثينيوم	Ru						82	76	70.5		52 (4)	50 (4)
45	روديوم	Rh						80.5	74	69
46	بالاديوم	Pd				73 (2)	100	90	75.5
47	فضة	Ag				129	108	89
48	كادميوم	Cd					109
49	إنديوم	In						94
50	قصدير	Sn							83
51	أنتيموان	Sb						90		74
52	تيلوريوم	Te		207					111		70
53	يود	I			206					109		67
54	زينون	Xe											62
55	سيزيوم	Cs				181
56	باريوم	Ba					149
57	لانثانوم	La						117.2
58	سيريوم	Ce						115	101
59	براسيوديميوم	Pr						113	99
60	نيوديميوم	Nd					143 (8)	112.3
61	بروميثيوم	Pm						111
62	ساماريوم	Sm					136 (7)	109.8
63	يوروبيوم	Eu					131	108.7
64	غادولينيوم	Gd						107.8
65	تيربيوم	Tb						106.3	90
66	ديسبروسيوم	Dy					121	105.2
67	هولميوم	Ho						104.1
68	إربيوم	Er						103
69	ثوليوم	Tm					117	102
70	إتربيوم	Yb					116	100.8
71	لوتيشيوم	Lu						100.1
72	هافنيوم	Hf							85
73	تانتالوم	Ta						86	82	78
74	تنغستن	W							80	76	74
75	رينيوم	Re							77	72	69	67
76	أوزميوم	Os							77	71.5	68.5	66.5	53 (4)
77	إريديوم	Ir						82	76.5	71
78	بلاتين	Pt					94		76.5	71
79	ذهب	Au				151		99		71
80	زئبق	Hg				133	116
81	ثاليوم	Tl				164		102.5
82	رصاص	Pb					133		91.5
83	بزموت	Bi						117		90
84	بولونيوم	Po							108		81
85	أستاتين	At										76
87	فرانسيوم	Fr				194
88	راديوم	Ra					162 (8)
89	أكتينيوم	Ac						126
90	ثوريوم	Th							108
91	بروتكتينيوم	Pa						116	104	92
92	يورانيوم	U						116.5	103	90	87
93	نبتونيوم	Np					124	115	101	89	86	85
94	بلوتونيوم	Pu						114	100	88	85
95	أمريسيوم	Am					140 (8)	111.5	99
96	كوريوم	Cm						111	99
97	بيركليوم	Bk						110	97
98	كاليفورنيوم	Cf						109	96.1
99	أينشتاينيوم	Es						92.8

طالع أيضاً

• انكماش لانثانيدي