bán kính nguyên tử và bán kính ion

Nguyễn Ngọc Vân Anh
Hóa 3CN
I. Tổng quát
•
Do bản chất sóng của electron, 1 nguyên tử không thể có 1 ranh giới hoàn toàn
rõ rệt.
⇒
Không thể tách rời nguyên tử để đo kích thước tuyệt đối của nó.
•
Kích thước nguyên tử là đặc trưng quan trọng nhất, có ảnh hưởng đến tính chất
hóa học của nguyên tử.
∗Vd: So với KLK ở cùng chu kỳ, KLK thổ kém hoạt động hơn vì có điện tích hạt
nhân lớn hơn và bán kính nguyên tử bé hơn.
I. Tổng quát
•
Người ta thường xác định bk nguyên tử, bk ion dựa trên khoảng cách giữa các hạt nhân nguyên
tử tạo nên đơn chất hoặc hợp chất tương ứng.
•
Bán kính nguyên tử phụ thuộc vào bản chất nguyên tử, đặc trưng liên kết hóa học, độ bội liên kết,
cấu trúc tinh thể, …
⇒ Bán kính nguyên tử hoặc ion được xác định phải gắn liền với 1 kiểu liên kết hoá học xác định.
1)
Bán kính nguyên tử kim loại:
Được xác định bằng ½ khoảng cách giữa 2 hạt nhân nguyên tử trong tinh thể.
Vd: Khoảng cách nhỏ nhất giữa 2 hạt nhân trong tinh thể Cu = 2.56Ao
⇒ r
Cu
= =1.28 Ao
II. VD cụ thể xác định bk nguyên tử và ion
2
2.56

II. VD cụ thể xác định bk nguyên tử và ion
2
1.28
2
1.54
2) Bán kính cộng hóa trị:
- Bán kính nguyên tử bằng ½ khoảng cách giữa các hạt
nhân trong phân tử hoặc các định thể đơn chất tương ứng.
Vd: - Bk CHT của nguyên tử F:
r
F
= = 0.64 A
o

- Bk CHT của nguyên tử C bằng ½ độ dài của liên
kết C-C trong kim cương hoặc trong nhiều hchc.
r
C
= = 0.77 A
o
II. VD cụ thể xác định bk nguyên tử và ion
3) Bán kính ion:
- Khoảng cách giữa 2 hạt nhân của Cation và Anion ở trong tinh thể bằng tổng các bk
của Cation và Anion.
- Bằng TN, khoảng cách giữa Cation và Anion của 1 loạt các tinh thể ion khác nhau
(bằng pp nhiễu xạ tia X, phổ vi sóng, …), người ta có thể tính được bk ion của các ion
riêng biệt.
Vd: - Khoảng cách giữa 2 hạt nhân của ion Na+ và F- bằng 2.31 Ao.
- r
F

-
(được xđ bằng pp quang học) = 1.35Ao
⇒ r
Na
+
= 2.31 – 1.35 = 0.96 Ao
II. VD cụ thể xác định bk nguyên tử và ion
-
Cation được hình thành do nguyên tử mất electron → hằng số chắn σ của các electron giảm →
điện tích hiệu dụng của hạt nhân Z* tăng → bk Cation bé hơn bk nguyên tử.
Ví dụ Ti Ti
2+
Ti
3+
V V
2+
V
3+
V
4+
r, A
o
1.46 0.90 0.69 1.31 0.88 0.71 0.60
-
Anion được hình thành do nguyên tử nhận elctron →
hằng số chắn σ của các elctron tăng → điện tích hiệu
dụng của hạt nhân Z* giảm → bk Anion lớn hơn bk
nguyên tử.
Ví dụ N
N

3
-
O O
2-
F
F
-
r, A
o
0.70 1.71 0.66 1.40 0.64 1.35
Z* = Z - σ
III. Sự biến đổi tuần hoàn của bk nguyên tử
1)
Trong chu kỳ:
Trong cùng 1 chu kỳ, số lớp electron không đổi, khi điện tích hạt nhân tăng.
→ các lớp electron bị hút mạnh vào hạt nhân hơn.
→ bk nguyên tử của các nguyên tố giảm theo chiều
tăng dần của điện tích hạt nhân Z.
III. Sự biến đổi tuần hoàn của bk nguyên tử
a)
Chu kỳ nhỏ:
-
Gồm những nguyên tố thuộc phân lớp s, p.
-
Sự sắp xếp electron ở lớp ngoài cùng → bk nguyên tử giảm 1 cách rõ
ràng.
Chu kỳ II Li Be B C N O F
Bán kính, A
o
1.52 1.13 0.88 0.77 0.77 0.66 0.64

III. Sự biến đổi tuần hoàn của bk nguyên tử
a)
Chu kỳ lớn:
-
Gồm các nguyên tố thuộc phân lớp d, f.
-
Sự sắp xếp electron ở lớp thứ 2 (các nguyên tố d) và lớp thứ 3 (các nguyên tố f) kể từ
ngoài vào.
-
Sự sắp xếp electron ở các nguyên tố d và f ít ảnh hưởng đến bk nguyên tử.
Hiện tượng co
d, co f
(co lantonit,
hay actinoit)
⇒ Bk nguyên tử
của các nguyên tố
thuộc chu kỳ lớn
giảm từ từ hoặc rất
chậm.
Xuất hiện hiệu ứng chắn của các electron lớp d và f đối với các electron ở lớp ngoài
cùng (ns) làm cho lực hút giữa hạt nhân và các electron ngoài cùng giảm.
III. Sự biến đổi tuần hoàn của bk nguyên tử
Ví dụ: chu kỳ IV
Nguyên tử K Ca Sc Ti V Cr Mn Fe
Bán kính, A
o
2.31 1.97 1.60 1.46 1.31 1.25 1.29 1.26
Nguyên tử Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br
Bán kính, A
o

1.25 1.24 1.28 1.33 1.22 1.22 1.21 1.17 1.14
III. Sự biến đổi tuần hoàn của bk nguyên tử
2)Trong phân nhóm:
a) Phân nhóm chính:
Khi đi từ trên xuống dưới, sự tăng số lớp electron và hiệu ứng chắn chiếm ưu
thế hơn so với sự tăng điện tích hạt nhân → lực hút giữa các electron ở lớp ngoài
cùng với hạt nhân giảm xuống.
⇒ BK nguyên tử tăng dần từ trên xuống dưới.
PNC IA Li Na K Rb Cs Fr
r, A
o
1.52 1.86 2.31 2.44 2.62 2.70
III. Sự biến đổi tuần hoàn của bk nguyên tử
b) Phân nhóm phụ:
•
Theo chiều tăng của điện tích hạt nhân, từ nguyên tố thứ 1 → nguyên tố thứ 2, bk
nguyên tử tăng lên.
•
Từ nguyên tố thứ 2 → nguyên tố thứ 3 có sự tăng chậm hay có thể có trường hợp hơi
giảm bk nguyên tử do hiện tượng co lantonit nói trên.
Phân nhóm phụ IV
B
Phân nhóm phụ V
B
Nguyên tử Bán kính (A
o)
Nguyên tử Bán kính (A
o)
Ti 1.46 Cr 1.25
Zr 1.57 Mo 1.36

Hf 1.57 W 1.37
IV. Sự biến đổi tuần hoàn của bk ion
- Sự thay đổi bk ion trong HTTH cũng tuân theo những quy luật như đối với
bk nguyên tử như trên.
+ Sự bỏ bớt điện tử khỏi nguyên tử trung hòa (hình thành ion dương)
luôn kèm theo sự giảm bk và ngược lại sự thu thêm điện tử vào nguyên tử
(hình thành ion âm) luôn kèm theo sự tăng bk.
Vd: r
Na
= 1.89 Ao > r
Na
+
= 0.95 Ao
r
Cl
= 0.99 Ao < r
Cl
-
= 1.81 Ao
IV. Sự biến đổi tuần hoàn của bk ion
•
Đối với những ion cùng điện tử có sự giảm bk khi số điện tích hạt nhân tăng.
Vd: 1s2 2s2 2p6
r
F
- = 1.36 Ao > r
Na
+
= 0.95 Ao > r
Mg

2+
= 0.65 Ao
•
Đối với những ion cùng điện tích (điện tích ion): sự biến thiên bk ion cũng giống
như sự biến thiên bk nguyên tử.
IV. Sự biến đổi tuần hoàn của bk ion
Vd
1
: Bk ion của những nguyên tố cùng 1 PNC tăng khi số điện tích hạt nhân tăng.
Ion âm
(VIIA)
9
F
-
17
Cl
-
35
Br
-
53
I
-
r, A
o
1.3
6
1.81 1.95 2.16
Vd
2

: Bk ion của những nguyên tố lantanit với
cùng số điện tích ion (+3) giảm dần khi số thứ tự
tăng.
1.081.091.111.15r, A
o
Nd
3+
Pr
3+
Ce
3+
La
3+
Ion dương
(Lantanit)
57
58 6059
Liên quan chặt chẽ với năng lượng ion hóa, với
tính chất axit, bazơ của các Hidroxit, Hidrua,
với năng lượng của mạng lưới tinh thể, …
Bk nguyên tử và bk ion
là đặc trưng rất quan trọng.
Rb
K
Na
Mg
Ca
Sr

A
l
G
a
In
S
PSi
C
l
G
e
A
s
S
e
B
r
Sn Sb
Te I
Li
B
e
B
C
N
O
F
0.123 0.089 0.080 0.077 0.070 0.066 0.064
0.157 0.136 0.125 0.117 0.110 0.104 0.099
0.203 0.174 0.125 0.122 0.121 0.117 0.114

0.216 0.191 0.150 0.140 0.140 0.137 0.133
IA IIA IIIA IVA VA VIA VIIA
+
-