نصف القطر الأيوني

من ويكيبيديا، الموسوعة الحرة
اذهب إلى: تصفح، ‏ ابحث

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[عدل]

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[عدل]

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.[1] 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.[2] هذه النتائج جرى توسيعها من قبل فكتور غولدشميت Victor Goldschmidt والذي أعطى أنيون الأكسيد 2−O قيمة نصف قطر مقدارها 132 بيكومتر..[3]

استخدم باولنغ قيم الشحنة النووية الفعالة لوضع تناسب بين مسافات الأيونات وذلك إلى أنصاف قطر أنيونية وكاتيونية.[4] 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.[5]


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.[5]
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[6]

المراجع[عدل]

  1. ^ Landé، A. (1920). "Über die Größe der Atome". Zeitschrift für Physik 1 (3): 191–197. Bibcode:1920ZPhy....1..191L. doi:10.1007/BF01329165. اطلع عليه بتاريخ 1 June 2011. 
  2. ^ Wasastjerna، J. A. (1923). "On the radii of ions". Comm. Phys.-Math., Soc. Sci. Fenn. 1 (38): 1–25. 
  3. ^ Goldschmidt، V. M. (1926). Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente. Skrifter Norske Videnskaps—Akad. Oslo, (I) Mat. Natur.  This is an 8 volume set of books by Goldschmidt.
  4. ^ Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (3rd Edn.). Ithaca, NY: Cornell University Press.
  5. ^ أ ب R. D. Shannon (1976). "Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides". Acta Cryst A32: 751–767. Bibcode:1976AcCrA..32..751S. doi:10.1107/S0567739476001551. 
  6. ^ R. G. Haire, R. D. Baybarz: "Identification and Analysis of Einsteinium Sesquioxide by Electron Diffraction", in: Journal of Inorganic and Nuclear Chemistry, 1973, 35 (2), S. 489–496; doi:10.1016/0022-1902(73)80561-5.