Википедија

Jonski radijus

Jonski radijus, rion, je poluprečnik jednoatomnog jona u jonskoj kristalnoj strukturi. Iako ni atomi, ni joni nemaju oštre granice, oni se tretiraju kao da su tvrde sfere sa radijusima takvim da zbir jonskih radijusa katjona i anjona daje rastojanje između jona u kristalnoj rešetki. Jonski radijusi se obično daju u jedinicama ili pikometara (pm) ili angstroma (Å), sa 1 Å = 100 pm. Tipične vrednosti se kreću od 31 pm (0,3 Å) do preko 200 pm (2 Å).

Koncept se može proširiti na solvatirane jone u tečnim rastvorima uzimajući u obzir solvacionu ljusku.

Trendovi

уреди
X− NaX AgX
F 464 492
Cl 564 555
Br 598 577
Parametri jedinične ćelije (u pm, jednaki dve dužine M–X veze) za natrijum i srebro halide. Sva jedinjenja kristališu u strukturi NaCl.
 
Relativni radijusi atoma i jona. Neutralni atomi su obojeni sivo, katjoni red, a anjoni blue.

Joni mogu biti veći ili manji od neutralnog atoma, u zavisnosti od električnog naboja jona. Kada atom izgubi elektron da bi formirao katjon, ostali elektroni su više privučeni jezgrom, i radijus jona postaje manji. Slično, kada se atomu doda elektron, formirajući anjon, dodati elektron povećava veličinu elektronskog oblaka interelektronskim odbijanjem.

Jonski radijus nije fiksno svojstvo datog jona, već varira sa koordinacionim brojem, spinskim stanjem i drugim parametrima. Ipak, vrednosti jonskog radijusa su dovoljno prenosive da bi omogućile da se periodični trendovi prepoznaju. Kao i kod drugih tipova atomskog radijusa, jonski radijusi se povećavaju pri spuštanju niz grupu. Veličina jona (za isti jon) se takođe povećava sa povećanjem koordinacionog broja, a jon u stanju sa visokim spinom biće veći od istog jona u stanju sa niskim spinom. Generalno, jonski radijus se smanjuje sa povećanjem pozitivnog naelektrisanja i povećava sa uvećanjem negativnog naelektrisanja.

„Anomalni”" jonski radijus u kristalu je često znak značajnog kovalentnog karaktera u vezi. Nijedna veza nije potpuno jonska, a neka navodno „jonska” jedinjenja, posebno prelaznih metala, su posebno kovalentnog karaktera. Ovo je ilustrovano parametrima jedinične ćelije za natrijum i srebro halide u tabeli. Na osnovu fluorida, reklo bi se da je Ag+ veći od Na+, ali na osnovu hlorida i bromida izgleda suprotno.[1] To je zato što veći kovalentni karakter veza u AgCl i AgBr smanjuje dužinu veze, a time i prividni jonski radijus Ag+, što je efekat koji nije prisutan u halidima elektropozitivnijeg natrijuma, niti u srebrnom fluoridu u kojem je fluoridni jon relativno nepolarizovan.

Određivanje

уреди

Udaljenost između dva jona u jonskom kristalu može se odrediti rendgenskom kristalografijom, koja daje dužine stranica jedinične ćelije kristala. Na primer, utvrđeno je da je dužina svake ivice jedinične ćelije natrijum hlorida 564,02 pm. Može se smatrati da svaka ivica jedinične ćelije natrijum hlorida ima atome raspoređene kao Na+∙∙∙Cl−∙∙∙Na+, tako da je ivica dvostruko veća od odvajanja Na-Cl. Dakle, rastojanje između Na+ i Cl− jona je polovina od 564,02 pm, što je 282,01 pm. Međutim, iako rendgenska kristalografija daje rastojanje između jona, ona ne pokazuje gde je granica između tih jona, tako da ne daje direktno jonske radijuse.

 
Frontalni pogled na jediničnu ćeliju kristala LiI, koristeći Šenonove kristalne podatke (Li+ = 90 pm; I− = 206 pm). Jodidni joni se skoro dodiruju (mada ne sasvim), što ukazuje da je Landeova pretpostavka prilično dobra.

Lande[2] je procenio jonske radijuse uzimajući u obzir kristale u kojima anjon i katjon imaju veliku razliku u veličini, kao što je LiI. Litijum joni su toliko manji od jodidnih jona da se litijum uklapa u otvore unutar kristalne rešetke, dozvoljavajući jodidnim jonima da se dodiruju. To jest, pretpostavlja se da je rastojanje između dva susedna jodida u kristalu dvostruko veće od poluprečnika jodidnog jona, za koji je zaključeno da iznosi 214 pm. Ova vrednost se može koristiti za određivanje drugih poluprečnika. Na primer, međujonsko rastojanje u RbI je 356 pm, što daje 142 pm za jonski radijus Rb+. Na ovaj način su određene vrednosti za poluprečnike 8 jona.

Vasastjerna je procenio jonske radijuse uzimajući u obzir relativne zapremine jona kao što je utvrđeno iz električne polarizabilnosti utvrđene merenjem indeksa prelamanja.[3] Ove rezultate je razradio Viktor Goldšmit.[4] Vasastjerna i Goldšmit su koristili vrednost od 132 pm za jon O2−.

Pauling je koristio efektivno nuklearno naelektrisanje za proporciju udaljenosti između jona u anjonski i katjonski radijus.[5] Njegovi podaci daju O2− jonu radijus od 140 pm.

Sveobuhvatni pregled kristalografskih podataka doveo je do objave revidiranih jonskih radijusa od strane Šenona.[6] Šenon daje različite poluprečnike za različite koordinacione brojeve i za visoko i nisko spinsko stanje jona. Da bi bio u skladu sa Polingovim radijusima, Šenon je koristio vrednost rion(O2−) = 140 pm; podaci koji koriste tu vrednost se nazivaju „efikasnim” jonskim radijusima. Međutim, Šenon takođe uključuje podatke zasnovane na rion(O2−) = 126 pm; podaci koji koriste tu vrednost se nazivaju „kristalnim” jonskim radijusima. Šenon navodi da se „oseća da poluprečnici kristala bliže odgovaraju fizičkoj veličini jona u čvrstom stanju.“[6] Dva skupa podataka su navedena u dve tabele ispod.

Tabele

уреди
Kristalni jonski radijusi u pm elemenata kao funkcija jonskog naelektrisanja i spina (ls = niski spin, hs = visoki spin).
Joni su 6-koordinatni osim ako je drugačije naznačeno u zagradama (e.g. "146 (4)" za 4-koordinatni N3−).[6]
Broj Ime Simbol 3− 2− 1− 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Vodonik H 208 −4 (2)
3 Litijum Li 90
4 Berilijum Be 59
5 Bor B 41
6 Ugljenik C 30
7 Azot N 132 (4) 30 27
8 Kiseonik O 126
9 Fluor F 119 22
11 Natrijum Na 116
12 Magnezijum Mg 86
13 Aluminijum Al 67,5
14 Silicijum Si 54
15 Fosfor P 58 52
16 Sumpor S 170 51 43
17 Hlor Cl 167 26 (3py) 41
19 Kalijum K 152
20 Kalcijum Ca 114
21 Skandijum Sc 88.5
22 Titanijum Ti 100 81 74,5
23 Vanadijum V 93 78 72 68
24 Hrom ls Cr 87 75,5 69 63 58
24 Hrom hs Cr 94
25 Mangan ls Mn 81 72 67 47 (4) 39,5 (4) 60
25 Mangan hs Mn 97 78,5
26 Gvožđe ls Fe 75 69 72,5 39 (4)
26 Gvožđe hs Fe 92 78,5
27 Kobalt ls Co 79 68,5
27 Kobalt hs Co 88,5 75 67
28 Nikl ls Ni 83 70 62
28 Nikl hs Ni 74
29 Bakar Cu 91 87 68 ls
30 Cink Zn 88
31 Galijum Ga 76
32 Germanijum Ge 87 67
33 Arsen As 72 60
34 Selenijum Se 184 64 56
35 Brom Br 182 73 (4sq) 45 (3py) 53
37 Rubidijum Rb 166
38 Stroncijum Sr 132
39 Itrijum Y 104
40 Cirkonijum Zr 86
41 Niobijum Nb 86 82 78
42 Molibden Mo 83 79 75 73
43 Tehnicijum Tc 78,5 74 70
44 Rutenijum Ru 82 76 70,5 52 (4) 50 (4)
45 Rodijum Rh 80,5 74 69
46 Paladijum Pd 73 (2) 100 90 75,5
47 Srebro Ag 129 108 89
48 Kadmijum Cd 109
49 Indijum In 94
50 Kalaj Sn 83
51 Antimon Sb 90 74
52 Telur Te 207 111 70
53 Jod I 206 109 67
54 Ksenon Xe 62
55 Cezijum Cs 167
56 Barijum Ba 149
57 Lantan La 117,2
58 Cerijum Ce 115 101
59 Prazeodimijum Pr 113 99
60 Neodimijum Nd 143 (8) 112,3
61 Prometijum Pm 111
62 Samarijum Sm 136 (7) 109,8
63 Europijum Eu 131 108,7
64 Gadolinijum Gd 107,8
65 Terbijum Tb 106,3 90
66 Disprozijum Dy 121 105,2
67 Holmijum Ho 104,1
68 Erbijum Er 103
69 Talijum Tm 117 102
70 Iterbijum Yb 116 100,8
71 Lutecijum Lu 100,1
72 Hafnijum Hf 85
73 Tantal Ta 86 82 78
74 Volfram W 80 76 74
75 Renijum Re 77 72 69 67
76 Osmijum Os 77 71,5 68,5 66,5 53 (4)
77 Iridijum Ir 82 76,5 71
78 Platina Pt 94 76,5 71
79 Zlato Au 151 99 71
80 Živa Hg 133 116
81 Talijum Tl 164 102,5
82 Olovo Pb 133 91,5
83 Bizmut Bi 117 90
84 Polonijum Po 108 81
85 Astat At 76
87 Francijum Fr 194
88 Radijum Ra 162 (8)
89 Aktinijum Ac 126
90 Torijum Th 108
91 Protaktinijum Pa 116 104 92
92 Uranijum U 116,5 103 90 87
93 Neptunijum Np 124 115 101 89 86 85
94 Plutonijum Pu 114 100 88 85
95 Americijum Am 140 (8) 111,5 99
96 Kirijum Cm 111 99
97 Berklijum Bk 110 97
98 Kalifornijum Cf 109 96,1
99 Ajnštajnijum Es 92,8[7]
Efektivni jonski radijusi u pm elemenata kao funkcija jonskog naelektrisanja i spina (ls = nizak spin, hs = visok spin).
Joni su 6-koordinatni osim ako je drugačije naznačeno u zagradama (e.g. "146 (4)" za 4-koordinatni N3−).[6]
Broj Ime Simbol 3− 2− 1− 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 Vodonik H 139,9 −18 (2)
3 Litijum Li 76
4 Berilijum Be 45
5 Bor B 27
6 Ugljenik C 16
7 Azot N 146 (4) 16 13
8 Kiseonik O 140
9 Fluor F 133 8
11 Natrijum Na 102
12 Magnezijum Mg 72
13 Aluminijum Al 53,5
14 Silicijum Si 40
15 Fosfor P 212[8] 44 38
16 Sumpor S 184 37 29
17 Hlor Cl 181 12 (3py) 27
19 Kalijum K 138
20 Kalcijum Ca 100
21 Skandijum Sc 74,5
22 Titanijum Ti 86 67 60,5
23 Vanadijum V 79 64 58 54
24 Hrom ls Cr 73 61,5 55 49 44
24 Hrom hs Cr 80
25 Mangan ls Mn 67 58 53 33 (4) 25,5 (4) 46
25 Mangan hs Mn 83 64,5
26 Gvožđe ls Fe 61 55 58,5 25 (4)
26 Gvožđe hs Fe 78 64,5
27 Kobalt ls Co 65 54.5
27 Kobalt hs Co 74,5 61 53
28 Nikl ls Ni 69 56 48
28 Nikl hs Ni 60
29 Bakar Cu 77 73 54 ls
30 Cink Zn 74
31 Galijum Ga 62
32 Germanijum Ge 73 53
33 Arsen As 58 46
34 Selenijum Se 198 50 42
35 Brom Br 196 59 (4sq) 31 (3py) 39
37 Rubidijum Rb 152
38 Stroncijum Sr 118
39 Itrijum Y 90
40 Cirkonijum Zr 72
41 Niobijum Nb 72 68 64
42 Molibden Mo 69 65 61 59
43 Tehnecijum Tc 64,5 60 56
44 Rutenijum Ru 68 62 56,5 38 (4) 36 (4)
45 Rodijum Rh 66,5 60 55
46 Paladijum Pd 59 (2) 86 76 61,5
47 Srebro Ag 115 94 75
48 Kadmijum Cd 95
49 Indijum In 80
50 Kalaj Sn 102[9] 69
51 Antimon Sb 76 60
52 Telur Te 221 97 56
53 Jod I 220 95 53
54 Ksenon Xe 48
55 Cezijum Cs 167
56 Barijum Ba 135
57 Lantan La 103,2
58 Cerijum Ce 101 87
59 Prazeodimijum Pr 99 85
60 Neodimijum Nd 129 (8) 98.3
61 Prometijum Pm 97
62 Samarijum Sm 122 (7) 95,8
63 Europijum Eu 117 94,7
64 Gadolinijum Gd 93,5
65 Terbijum Tb 92,3 76
66 Disprozijum Dy 107 91,2
67 Holmijum Ho 90,1
68 Erbijum Er 89
69 Tulijum Tm 103 88
70 Iterbijum Yb 102 86,8
71 Lutecijum Lu 86,1
72 Hafnijum Hf 71
73 Tantal Ta 72 68 64
74 Volfram W 66 62 60
75 Renijum Re 63 58 55 53
76 Osmijum Os 63 57,5 54,5 52,5 39 (4)
77 Iridijum Ir 68 62,5 57
78 Platina Pt 80 62,5 57
79 Zlato Au 137 85 57
80 Živa Hg 119 102
81 Talijum Tl 150 88,5
82 Olovo Pb 119 77,5
83 Bizmut Bi 103 76
84 Polonijum Po 223[10] 94 67
85 Astat At 62
87 Francijum Fr 180
88 Radijum Ra 148 (8)
89 Aktinijum Ac 106,5 (6)
122,0 (9)[11]
90 Torijum Th 94
91 Protaktinijum Pa 104 90 78
92 Uranijum U 102,5 89 76 73
93 Neptunijum Np 110 101 87 75 72 71
94 Plutonijum Pu 100 86 74 71
95 Americijum Am 126 (8) 97,5 85
96 Kirijum Cm 97 85
97 Berklijum Bk 96 83
98 Kalifornijum Cf 95 82,1
99 Ajnštajnijum Es 83,5[7]

Model meke sfere

уреди
Jonski radijus meke-sfere (u pm) pojedinih jona
Katjon, M RM Anjon, X RX
Li+ 109,4 Cl− 218,1
Na+ 149,7 Br− 237,2

Za mnoga jedinjenja, model jona kao tvrdih sfera ne reprodukuje rastojanje između jona,  , do tačnosti sa kojom se može meriti u kristalima. Jedan pristup poboljšanju izračunate tačnosti je modelovanje jona kao „mekih sfera” koje se preklapaju u kristalu. Pošto se joni preklapaju, njihovo razdvajanje u kristalu biće manje od zbira poluprečnika njihovih mekih sfera.[12] Odnos između jonskih poluprečnika mekih sfera,   i  , and  , je dat sa

 ,

gde je   eksponent koji varira u zavisnosti od tipa kristalne strukture. U modelu tvrde sfere,   bi bilo 1, što bi dalo  .

Poređenje između uočenih i izračunatih odvajanja jona (in pm)
MX Uočeno Model meke sfere
LiCl 257,0 257,2
LiBr 275,1 274,4
NaCl 282,0 281,9
NaBr 298,7 298,2

U modelu meke sfere,   ima vrednost između 1 i 2. Na primer, za kristale halogenida grupe 1 sa strukturom natrijum hlorida, vrednost od 1,6667 daje dobru saglasnost sa eksperimentom. Deo jonskih radijusa meke sfere je naveden u tabeli. Ovi radijusi su veći od poluprečnika kristala datih gore (Li+, 90 pm; Cl−, 167 pm). Inter-jonske separacije izračunate ovim radijusima daju izuzetno dobro slaganje sa eksperimentalnim vrednostima. Nije dato teorijsko opravdanje za jednačinu koja sadrži  .

Nesferični joni

уреди

Koncept jonskih radijusa zasniva se na pretpostavci sfernog oblika jona. Međutim, sa grupno-teorijske tačke gledišta pretpostavka je opravdana samo za jone koji se nalaze na mestima kristalne rešetke visoke simetrije kao što su Na i Cl u halitu ili Zn i S u sfaleritu. Može se napraviti jasna razlika kada se uzme u obzir tačka grupe simetrije odgovarajućeg mesta rešetke,[13] koje su kubne grupe Oh i Td u NaCl i ZnS. Za jone na mestima niže simetrije može doći do značajnih odstupanja njihove elektronske gustine od sfernog oblika. Ovo posebno važi za jone na mestima polarne simetrije rešetke, a to su kristalografske tačke grupe C1, C1h, Cn ili Cnv, n = 2, 3, 4 ili 6.[14] Detaljna analiza geometrije vezivanja je nedavno sprovedena za jedinjenja tipa pirita, gde se monovalentni joni halkogena nalaze na C3 mestima rešetke. Utvrđeno je da se joni halkogena moraju modelovati elipsoidnim distribucijama naelektrisanja sa različitim radijusima duž ose simetrije i okomito na nju.[15]

Reference

уреди
  1. ^ On the basis of conventional ionic radii, Ag+ (129 pm) is indeed larger than Na+ (116 pm)
  2. ^ Landé, A. (1920). „Über die Größe der Atome”. Zeitschrift für Physik. 1 (3): 191—197. Bibcode:1920ZPhy....1..191L. S2CID 124873960. doi:10.1007/BF01329165. Архивирано из оригинала 3. 2. 2013. г. Приступљено 1. 6. 2011. 
  3. ^ Wasastjerna, J. A. (1923). „On the radii of ions”. Comm. Phys.-Math., Soc. Sci. Fenn. 1 (38): 1—25. 
  4. ^ 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.
  5. ^ Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (3rd Edn.). Ithaca, NY: Cornell University Press.
  6. ^ а б в г R. D. Shannon (1976). „Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides”. Acta Crystallogr A. 32 (5): 751—767. Bibcode:1976AcCrA..32..751S. doi:10.1107/S0567739476001551  . 
  7. ^ а б 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.
  8. ^ „Atomic and Ionic Radius”. Chemistry LibreTexts. 3. 10. 2013. 
  9. ^ Sidey, V. (децембар 2022). „On the effective ionic radii for the tin(II) cation”. Journal of Physics and Chemistry of Solids. 171 (110992). doi:10.1016/j.jpcs.2022.110992  . 
  10. ^ Shannon, R. D. (1976), „Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides”, Acta Crystallogr. A, 32 (5): 751—67, Bibcode:1976AcCrA..32..751S, doi:10.1107/S0567739476001551   .
  11. ^ Deblonde, Gauthier J.-P.; Zavarin, Mavrik; Kersting, Annie B. (2021). „The coordination properties and ionic radius of actinium: A 120-year-old enigma”. Coordination Chemistry Reviews. Elsevier BV. 446: 214130. ISSN 0010-8545. doi:10.1016/j.ccr.2021.214130  . 
  12. ^ Lang, Peter F.; Smith, Barry C. (2010). „Ionic radii for Group 1 and Group 2 halide, hydride, fluoride, oxide, sulfide, selenide and telluride crystals”. Dalton Transactions. 39 (33): 7786—7791. PMID 20664858. doi:10.1039/C0DT00401D. 
  13. ^ H. Bethe (1929). „Termaufspaltung in Kristallen”. Annalen der Physik. 3 (2): 133—208. Bibcode:1929AnP...395..133B. doi:10.1002/andp.19293950202. 
  14. ^ M. Birkholz (1995). „Crystal-field induced dipoles in heteropolar crystals – I. concept”. Z. Phys. B. 96 (3): 325–332. Bibcode:1995ZPhyB..96..325B. CiteSeerX 10.1.1.424.5632  . S2CID 122527743. doi:10.1007/BF01313054. 
  15. ^ M. Birkholz (2014). „Modeling the Shape of Ions in Pyrite-Type Crystals”. Crystals. 4 (3): 390—403. doi:10.3390/cryst4030390  . 

Spoljašnje veze

уреди
Преузето из „https://sr.wikipedia.org/w/index.php?title=Jonski_radijus&oldid=28159735”