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原子半径の傾向に関する情報が必要ですか?原子半径の傾向は何ですか?このガイドでは、 原子半径の傾向とその仕組みについて明確に説明します。 また、傾向の例外と、化学をより広範に理解する一環としてこの情報をどのように利用できるかについても説明します。

原子半径の傾向に入る前に、いくつかの基本的な用語を確認しましょう。原子は、水素、ヘリウム、カリウムなどの化学元素の基本単位です。半径は、物体の中心とその外縁の間の距離です。

原子半径は、2 つの原子の核間の距離の半分です。 原子半径はピコメートル単位で測定されます (1 ピコメートルは 1 兆分の 1 メートルに相当します)。水素 (H) の平均原子半径は約 25 pm で最も小さく、セシウム (Cs) の平均原子半径は約 260 pm で最も大きくなります。

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原子半径の傾向は何ですか?何が原因でしょうか?

原子半径の主な傾向は 2 つあります。 1 つの原子半径のトレンドは、周期表を左から右に移動する (周期内で移動する) ときに発生し、もう 1 つのトレンドは周期表の上から下に移動する (グループ内で移動する) ときに発生します。 以下は、原子半径がどのように変化するかを示す矢印付きの周期表です。 それぞれの原子半径の傾向を理解して視覚化するのに役立ちます。このセクションの最後には、各元素の経験的に推定された原子半径を示すグラフが示されています。

原子半径の傾向 1: 原子半径は期間にわたって左から右に減少

最初の原子半径の周期的傾向は、 周期を超えて左から右に移動すると、原子のサイズは小さくなります。 要素の周期内で、新しい電子がそれぞれ同じ殻に追加されます。電子が追加されると、新しい陽子も原子核に追加され、原子核により強い正電荷とより大きな核引力が与えられます。

これは、より多くの陽子が追加されると、原子核はより強い正電荷を獲得し、電子をより強く引き付け、原子の核に近づけることを意味します。 電子が原子核に引き寄せられると、原子の半径が小さくなります。

原子番号 6 の炭素 (C) と原子番号 9 のフッ素 (F) を比較すると、原子半径の傾向から、 炭素原子はフッ素原子よりも大きな半径を持ちます フッ素が持つ 3 つの追加の陽子がその電子を原子核に近づけ、フッ素の半径を縮めるからです。そしてこれは真実です。炭素の平均原子半径は約 70 μm ですが、フッ素の平均原子半径は約 50 μm です。

原子半径の傾向 2: グループの下に行くにつれて原子半径は増加します

2 番目の原子半径の周期的傾向は、 周期表のグループ内で下に移動するにつれて、原子半径は増加します。 下に移動するグループごとに、原子は追加の電子殻を取得します。 新しい殻はそれぞれ原子核から遠くなり、原子半径が大きくなります。

価電子 (最外殻にある電子) が原子核に引き寄せられるのではないかと思われるかもしれませんが、電子の遮蔽によってそのようなことは起こりません。電子遮蔽とは、原子に複数の電子殻がある場合に、外側の電子と原子核の間の引力が減少することを指します。 そのため、電子が遮蔽されるため、価電子は原子の中心に特に近づくことができず、それほど近づくことができないため、原子の半径は大きくなります。

一例として、カリウム (K) の平均原子半径 (220 pm) はナトリウム (Na) の平均原子半径 (180 pm) よりも大きいです。カリウム原子はナトリウム原子と比較して余分な電子殻を持っています。これは、その価電子が原子核から遠く離れていることを意味し、カリウムの原子半径が大きくなります。

経験的な原子半径

ソース： Web要素

3 原子半径の傾向の例外

上で説明した 2 つの原子半径の傾向は、元素の周期表の大部分に当てはまります。 ただし、これらの傾向にはいくつかの例外があります。

1 つの例外は希ガスです。周期表の第 18 族にある 6 つの希ガスは、ヘリウム (He)、ネオン (Ne)、アルゴン (Ar)、クリプトン (Kr)、キセノン (Xe)、およびラドン (Rn) です。 希ガスは他の原子とは結合の仕方が異なるため例外です。 そして、希ガス原子は結合するときに互いに接近しません。原子半径は原子核間の距離の半分であるため、 二 原子の場合、それらの原子が互いにどれだけ近いかが原子半径に影響します。

それぞれの希ガスの最外側の電子殻は完全に満たされています。つまり、 複数の希ガス原子は、結合ではなくファンデルワールス力によって結合されます。 ファン デル ワールス力は共有結合ほど強くないため、ファン デル ワールス力で接続された 2 つの原子は、共有結合で接続された 2 つの原子ほど互いに近づきません。 これは、希ガスの半径を経験的に求めようとすると、その半径が過大評価されてしまうことを意味します。 したがって、希ガスには経験的な半径が存在しないため、原子半径の傾向に従いません。

以下は、すべてほぼ同じサイズの 4 つの原子の非常に単純化された図です。 上の 2 つの原子は共有結合によって接続されているため、原子間にオーバーラップが生じます。下の 2 つの原子は希ガス原子であり、これらは原子が互いに近づくことを許さないファンデルワールス力によって結合されています。赤い矢印は核間の距離を表します。この距離の半分は原子半径に等しい。ご覧のように、 4 つの原子はすべてほぼ同じサイズですが、希ガスの半径は他の原子の半径よりもはるかに大きくなります。 2 つの半径を比較すると、実際ではない場合でも、希ガス原子が大きく見えるでしょう。希ガスの半径を含めると、希ガスの原子の大きさについて不正確な認識が与えられてしまいます。希ガス原子は結合の仕方が異なるため、その半径を他の原子の半径と比較することができず、原子半径の傾向に従いません。

他の例外には、周期表の下部にあるランタニド系列とアクチニド系列が含まれます。 これらの元素グループは周期表の残りの部分とは異なり、他の元素のような多くの傾向に従いません。どちらの系列にも明確な原子半径の傾向はありません。

この情報はどのように使用できますか?

日常生活ではさまざまな元素の原子半径を知る必要はないと思われますが、化学やその他の関連分野を勉強している場合には、この情報が役立つことがあります。それぞれの主要な原子半径周期の傾向を理解すると、元素に関するその他の情報を理解しやすくなります。

たとえば、希ガスは完全な外側電子殻を持つため、原子半径の傾向の例外であることを覚えておいてください。 これらの外側の電子殻は、希ガスを不活性で安定させます。この安定性は便利かもしれません。たとえば、風船には通常、水素ではなくヘリウムが充填されます。これは、ヘリウムの方が安定しており、可燃性が低く、安全に使用できるためです。

原子半径を使用して、さまざまな元素の反応性を推定することもできます。 半径が小さい原子は、半径が大きい原子よりも反応性が高くなります。 ハロゲン (17 族) は、周期表の中で最小の平均半径を持っています。フッ素はハロゲンの原子半径が最も小さいため (傾向を考えると当然のことです)、そのため反応性が高くなります。フッ素を水に加えるだけでフッ素が気体になるため炎が発生します。

概要: 周期的傾向の原子半径

原子半径の主な傾向は 2 つあります。 最初の原子半径の周期的傾向は、グループ内で下に行くにつれて原子半径が増加するというものです。 これは電子の遮蔽によるものです。追加のシェルが追加されると、それらの新しい電子は原子核から遠ざかり、原子半径が増加します。 2 番目の原子半径の周期的傾向は、周期内で左から右に進むにつれて原子サイズが減少することです。 より多くの陽子を持つことによる原子のより強い正電荷が電子をより強く引きつけ、原子核に近づけるため、原子のサイズが小さくなるからです。

これらの傾向にはいくつかの例外があり、特に他のほとんどの原子のように結合を形成しない希ガスや、ランタニド系とアクチニド系は例外です。この情報を使用すると、周期表、原子の結合方法、および特定の元素が他の元素よりも反応性が高い理由をより深く理解できます。

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