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电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

来源:未知作者:化学自习室 点击:所属专题: 半径比较

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一、常见三种原子半径的标准 首先我们说说原子半径有几种不同标度的问题,这个在沪科版选必二、鲁科版选必二有介绍,具体如下: 元素的原子半径是一个重要的参数,对元素及其化合物的性质有较大影响。由于核外电子在原子核附近到离核很远的地方都有可能出现,所以原子并

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一、常见三种原子半径的标准

首先我们说说原子半径有几种不同标度的问题,这个在沪科版选必二、鲁科版选必二有介绍,具体如下:

元素的原子半径是一个重要的参数,对元素及其化合物的性质有较大影响。由于核外电子在原子核附近到离核很远的地方都有可能出现,所以原子并没有明确的边界,原子半径是根据一定规则,结合实验测定得到的。原子半径的大小取决于两个因素:一个是电子层数,另一个是核电荷数。显然,电子层数越多,电子之间的排斥作用将使原子的半径增大;核电荷数越大,核对电子的吸引力也越大,将使原子半径缩小。这两个因素的共同作用,使得原子半径发生周期性变化。(见沪科选必二,下图所示)

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

鲁科版选必二截图如下:

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

二、四个版本教科书上锂原子的半径

1.人教版(选必二没有,必修一有,具体如下)

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

这里锂的半径大于第3周期的铝及以后原子半径

2.鲁科版必修二数据与人教版相同,但是鲁科版选必二数据(锂的数据不同),很多同,不知道他这是哪一套标准(同一套教材,两本书数据不同,相互打脸,确实搞笑,建议鲁科版修改选必二数据)

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

3.沪科版必修一数据与人教版相同

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

4.苏教版必修一数据与人教版也相同

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

三、谈谈锂的原子半径

在通常的讨论中,我们指的是金属半径或共价半径。

金属半径(用于金属锂晶体中):约为 152 pm(皮米,1 pm = 10⁻¹² m)。

共价半径(用于Li₂等共价分子中):约为 128 pm。

在大多数高中和大学基础化学课程中,当提到原子半径并讨论周期表趋势时,152 pm 是一个被广泛引用的代表性数值。

电子层数越多半径越大?你看看锂和铝的半径了吗?

显然结果与鲁科版选必二那个134pm差距较大

四、为什么锂的原子半径比第三周期的铝及以后的都要大?

第一主族的锂(Li)的原子半径,比第三周期中许多靠右的元素(如磷P、硫S、氯Cl)的原子半径还要大。

这看起来似乎违背了“从上到下原子半径增大”的规律,但其背后的原因在于两种力量的博弈:电子层数 vs. 有效核电荷。

下面我们来详细解释为什么。

核心原因:主导因素从“电子层数”转变为“有效核电荷”

同周期内的主要作用力:有效核电荷

定义:有效核电荷是指原子中核电荷数(质子数)减去内层电子的屏蔽效应后,实际作用在最外层价电子上的正电荷。

在同周期中(从左到右):质子数依次增加,但新增加的电子都填在同一主电子层。内层电子的屏蔽效应很强,导致有效核电荷显著增加。

结果:随着有效核电荷的增强,原子核对外层电子的吸引力越来越强,导致电子云被向内“拉拽”,原子半径明显减小。

同主族内的主要作用力:电子层数

从上到下:增加了一个新的电子层。电子层数的增加是导致原子半径增大的最主要因素,它远远超过了同时增加的质子数所带来的缩小效应。

锂 vs. 第三周期元素:一场“不公平”的比较

现在我们把锂和第三周期的元素放在一起比较:

特性

锂 (Li)

第三周期元素 (如 P, S, Cl)

电子层数

2层

 (K, L)

3层

 (K, L, M)

主导因素

电子层数少

是它的固有属性

有效核电荷极高

是它们的特性

具体分析:

锂 (Li):

位于第二周期,只有2个电子层。

原子序数为3,核电荷少。同时,它的内层(K层)2个电子对核电荷的屏蔽效果非常好,导致作用在最外层那个电子上的有效核电荷非常小(约+1)。

结论:锂的原子虽然小,但因为核对外层电子的“控制力”很弱,它的电子云是比较“蓬松”的。

第三周期靠右的元素 (以硫S为例):

位于第三周期,有3个电子层,这本来应该让它比锂大得多。

但是,硫的原子序数是16,拥有16个质子。它的内层电子无法完全屏蔽掉这么强大的正电荷,导致作用在最外层电子上的有效核电荷非常大(约+6)。

这个强大的“引力”将整个电子云,包括第三电子层,剧烈地向内压缩。

结论:虽然硫比锂多一个电子层,但这个多出来的电子层被强大的原子核紧紧地“攥”在了内部,导致其整体尺寸被压缩到甚至小于“蓬松”的锂原子。

一个生动的比喻

想象两个气球:

锂是一个小号的、充气不足的气球(电子层少,但核引力弱,电子云蓬松)。

硫是一个大号的、被用力向内挤压的气球(电子层多,但核引力极强,电子云被压缩)。

最终,那个被严重挤压的大号气球(硫)的直径,可能反而比那个蓬松的小号气球(锂)还要小。

总之,电子层数越多,半径越大,应该有前提才成立的经验规则,是不完全归纳法得出的,所以需要注意很多反例。

(责任编辑:化学自习室)
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