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钠(Na)的密度为0.97g/cm³,而钾(K)的密度为0.862g/cm³。碱金属族从上到下,随着质子数和电子层数增多,相对原子质量越来越大,密度整体增大趋势,但Na和K大小相反,为什么?
原子半径 :钾的原子半径大于钠,这意味着钾的晶胞体积比钠大。
相对原子质量 :虽然钾的相对原子质量(约为39.1 u)大于钠(约为22.99 u),但原子半径的增加对密度的负面影响大于相对原子质量增加带来的正面影响。
晶胞结构 :根据晶胞结构,可以计算出金属单质的密度。钠的晶胞半径为0.186纳米,而钾的晶胞半径为0.227纳米。结合各自的摩尔质量,我们可以得出钾的密度计算值约为0.89克每立方厘米,而钠的密度计算值约为0.96克每立方厘米。
电子排布 :钾的最外层4S,3d轨道全空,而钠的最外层3S。钾核对最外层电子的吸引力较小,导致其体积增大,从而使得密度降低。
总的来说,钾的原子半径增大导致晶胞体积增加,这一效应在密度计算中占主导地位,即使钾的相对原子质量大于钠,其密度仍然小于钠。
详解过程如下:
1.钠、钾的晶胞属于体心立方堆积(如图 1),每个晶胞均含有 2 个原子。
2.根据晶胞结构可得出两种金属单质密度的计算公式:
(r:原子半径;M:摩尔质量)
3.由 r(Na)=0.186nm、r(K)=0.227nm 及 摩 尔 质 量 得 两 者 密 度 大 小:ρ(Na)=0.96g/cm³,ρ(K)=0.89g/cm³。计 算 结 果接近实测密度。由上述计算公式可知,半径增大会减小密度,质量增大会增大密度,对金属钾而言,半径增大的效应占主导。
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