關(guān)于原子、離子半徑比較的那些事

關(guān)于原子、離子半徑比較的那些事福建省長樂華僑中學(xué)

張勁輝一、我們的思維我們中學(xué)老師一般會總結(jié)如下方法來比較微粒半徑的大?。喝幢容^原子離子半徑：1看電子層數(shù)：電子層數(shù)越多半徑越大：例如Na>Li

，Na>Na+，2看核電荷數(shù)：電子層數(shù)相同時，核電荷數(shù)越大半徑越?。ā靶虼髲叫　保豪齇>F

，

S2—>Cl—

，3看電子數(shù)：電子層和核電荷數(shù)都相同時，電子數(shù)越多半徑越大。例如Cl—>Cl。

上面方法是否正確呢？其實(shí)有許多錯誤。1、第二周期元素Li大于第三周期元素Al、Si、P、S、Cl；第二周期元素Be大于第三周期元素P、S、Cl。2、許多離子的半徑比較用上面的方法就是錯誤的。二、高考題的思維下面我們來回答一下：O2-的半徑比F-的半徑大還是小？根據(jù)我們中學(xué)老師的思維：電子層數(shù)相同時，核電荷數(shù)越大半徑越?。ā靶虼髲叫　保?，回答大。而且有高考題為證：2019年高考全國卷II理綜化學(xué)第35題：（3）比較離子半徑：F?_____O2?（填“大于”等于”或“小于”）。

答案是小于。2008年山東高考理綜第11題：下列說法正確的是A.SiH4

比CH4

穩(wěn)定

B.O2-半徑比

F-

的小C.Na

和

Cs屬于第

IA

族元素，

Cs

失電子能力比

Na

的強(qiáng)D.P

和

As屬于第

VA

族元素，

H3PO4

酸性比

H3

AsO4的弱答案選C。

但是查文獻(xiàn)得的離子半徑數(shù)據(jù)是：r(O2-)=132pm，r(F-)=133pm。這是什么原因呢？三、我們來充電——原子半徑我們一起來學(xué)習(xí)一下原子半徑相關(guān)知識。原子半徑定義為核到最外層電子的平均距離。根據(jù)量子力學(xué)，核外電子運(yùn)動沒有固定軌道，沒有明確的界限，只有幾率密度的分布，現(xiàn)代的科學(xué)技術(shù)還無法精確測定一個單獨(dú)原子的半徑，只能用實(shí)驗(yàn)方法，如X射線衍射法，測定出晶體中相同原子核間距離，或用同核雙原子分子鍵長，被2相除得出。不同元素原子有不同的存在形式，就是同一元素的原子也可能形成不同化學(xué)鍵的分子和晶體。因而不同元素的原子半徑可能表現(xiàn)形式不同，就是同一元素的原子半徑也可能有不同形式。根據(jù)測定方法的不同，通常有3種原子半徑：①金屬半徑：

金屬晶體中相鄰兩金屬原子核間距離的一半，稱做該元素原子的金屬半徑，如銅的金屬半徑r金＝127.8pm。②共價半徑：同種元素的兩原子以共價鍵結(jié)合時，其共價鍵鍵長的一半稱做該元素原子的共價半徑，符號表示為pm

或

?，其數(shù)值與幾重鍵結(jié)合有關(guān)，如碳原子的共價半徑r共，單鍵時為77pm，雙鍵時為67pm，三鍵時為60pm。金屬元素原子在一定條件下也可形成共價的雙原子分子，金屬元素原子也有共價半徑，如銅的共價半徑r共為117pm。由于形成共價鍵時，總會發(fā)生原子軌道重疊，通常同一金屬元素的金屬半徑比其單鍵共價半徑要大10%～15%。同周期元素的單鍵共價半徑的變化規(guī)律為從左至右逐漸縮小，可認(rèn)為是原子核對電子引力增大的緣故。③

范氏半徑：

(范德華氏半徑的簡稱)

非金屬元素和有些金屬元素所形成的分子間或稀有氣體單原子分子間靠分子間力

(范德華力)

相互吸引，其不同分子中兩個相同原子核間距離的一半，稱做該元素原子的范氏半徑，如氯原子的范氏半徑r范為181pm。如圖所示，表示了氯原子的共價半徑和范氏半徑。原子半徑數(shù)據(jù)只有相對的、近似的意義，而且同一元素的不同半徑，數(shù)值不同(r范>r金>r共)，而且相差較大。使用時不要同時用不同半徑的數(shù)據(jù)。在一般的資料里，金屬元素有金屬半徑和共價半徑的數(shù)據(jù)，非金屬元素則有共價半徑和范氏半徑的數(shù)據(jù)，稀有氣體只有范氏半徑的數(shù)據(jù)。中學(xué)課本中給出的原子半徑數(shù)據(jù)除稀有氣體元素外，均為共價半徑，稀有氣體原子半徑是范氏半徑。所以比較原子半徑時一般排除稀有氣體元素。

一般來說在同一族里，從上到下，原子半徑一般是增大的，主族元素由上到下，半徑毫無例外地增大，只是增大的幅度逐漸減小。但是在副族里，屬于第五和第六周期的元素，如Zr與Hf、Nb與Ta、Mo與W，它們的原子半徑非常接近，這主要是由于鑭系收縮的結(jié)果。在短周期(第二和第三周期)里，由左至右原子半徑都是逐漸減小的，長周期元素(第四、第五和第六周期的元素)雖然總的趨勢仍然是原子半徑縮小，但其中的過渡元素特別是鑭系元素減小的趨勢要緩和得多。這是由于屏蔽作用，因此從58號到71號元素原子半徑減少更加緩慢。四、我們來充電——離子半徑離子半徑是表示離子大小的一個物理量?，F(xiàn)代測試手段還不能直接量取正負(fù)離子球體的半徑。一般所說的離子半徑是：離子晶體中正負(fù)離子的核間距離是正負(fù)離子的半徑之和。正負(fù)離子的核間距為d，則d=r++r—。數(shù)值d可通過晶體的X射線衍射分析實(shí)驗(yàn)測得。并以氟離子F—半徑=133pm，或氧離子O2—半徑=132pm作為標(biāo)準(zhǔn)，然后再推算出其他離子半徑。如實(shí)驗(yàn)測得的氟化鈉的d=230pm，則Na+的半徑是230-133=97pm。離子半徑的大小還要受離子化合物構(gòu)型的影響。一般以氯化鈉構(gòu)型的半徑作為標(biāo)準(zhǔn)，即以配位數(shù)為6作標(biāo)準(zhǔn)

(在每一個鈉離子周圍直接連有6個氯離子，反之亦然。將與鈉離子或氯離子直接相連的帶異電荷的離子數(shù)稱為配位數(shù))。如離子實(shí)際配位數(shù)為8，則半徑值應(yīng)增加約3%，若配位數(shù)為4，則半徑值應(yīng)下降約5%。在周期表各族中，離子半徑一般隨原子序數(shù)的遞增而增大。同一周期中，陽離子的電荷數(shù)越大，它的半徑越小，陰離子的電荷數(shù)越大，它的半徑越大。當(dāng)原子失去電子變成陽離子時，半徑要縮小，如鈉原子的半徑為137pm，而鈉離子半徑是97pm。當(dāng)原子得到電子變成陰離子時半徑要增大，例如氯原子的半徑是99pm，而氯離子的半徑是181pm。若同一元素能形成幾種不同電荷的離子時，高價離子的半徑小于低價離子的半徑。例如Fe2+離子半徑是74pm，F(xiàn)e3+離子半徑是64pm。負(fù)離子的半徑較大，約為130～250pm，正離子半徑較小，約為10～170pm。目前仍廣泛應(yīng)用的離子半徑主要有4種，其中3種離子半徑測算標(biāo)準(zhǔn)對比如表1。第4種離子半徑是由俄國科學(xué)家雅茨米爾斯基（Yatsmirskii）提出的，稱為熱化學(xué)半徑與泡林半徑?jīng)]有可比性。

從上表可看出，r