Йонен радиус

Йонният радиус е ефективен размер, присвоен на йон в структурен или свързващ модел. За строго сравнение трябва да се уточнят зарядът, електронната конфигурация, координацията и кристалната среда.

Йонният радиус е структурна величина

В кристал няма рязка повърхност, която точно да разделя два йона. Йонните радиуси са ефективни размери, присвоени така, че междуйонните разстояния да се описват последователно в избран структурен модел.

Катионите обикновено са по-малки

Загубата на електрони намалява електрон–електронното отблъскване и може да отстрани цяла външна обвивка. Останалите електрони изпитват по-силно привличане от ядрото.

Анионите обикновено са по-големи

Добавянето на електрони при същия ядрен заряд увеличава взаимното отблъскване и разширява електронния облак. Затова анионът обикновено е по-голям от неутралния атом.

Изоелектронната серия изолира влиянието на Z

O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ и Al³⁺ имат по 10 електрона. Радиусът намалява в този ред, защото броят на протоните расте от 8 до 13 при почти еднаква електронна структура.

O²⁻Na⁺Al³⁺10 e⁻10 e⁻10 e⁻
В изоелектронна серия повече протони привличат същия брой електрони по-силно.

Какво определя табличната стойност

Йонният радиус трябва да се чете заедно със структурния контекст.

Координационно число

За един и същ йон могат да се дават различни радиуси при координация 4, 6 или 8. В много набори от данни по-голямата координация е свързана с по-голям ефективен радиус.

Степен на окисление

За един елемент по-високият положителен заряд означава по-малко електрони и по-силно ефективно привличане. При сравнима координация Fe³⁺ е по-малък от Fe²⁺.

Електронна конфигурация и спиново състояние

High-spin и low-spin състоянията на преходни метални йони могат да имат различни размери, защото се променя запълването на орбиталите и броят на електроните с антисвързващ характер.

r₁r₂→
Йонни радиуси трябва да се сравняват при еднаква координация и съвместим структурен модел.

Химични последствия от размера

Радиусът заедно със заряда определя плътността на заряда и силата на взаимодействие с околната среда.

Плътност на заряда

Малък, силно зареден йон създава интензивно електрично поле. Al³⁺ поляризира съседите си много по-силно от Na⁺, което може да увеличи ковалентния характер на взаимодействието.

Поляризуемост

Големите аниони имат по-слабо свързани външни електрони и облакът им се деформира по-лесно. I⁻ обикновено е много по-поляризуем от F⁻.

Хидратация

Малките силно заредени йони привличат водните молекули много силно. Хидратираният радиус не е същият като кристалния йонен радиус, защото солватационната обвивка изменя ефективния размер в разтвор.

Решетъчна енергия

При сравними заряди по-малките йони могат да се доближат повече, което усилва Кулоновото привличане и често увеличава решетъчната енергия.

Ограничения на правилата за отношение на радиусите

Отношението катион/анион може да подсказва геометрия, но ковалентността, налягането и структурните деформации не позволяват то да бъде универсален закон.

Периодични тенденции

В група йони с еднакъв заряд радиусът обикновено нараства надолу. В изоелектронна серия нарастващото Z го намалява. Това са два различни вида сравнение.

Въведете атомния номер и броя електрони. Резултатът показва формалния заряд на йона; при изоелектронна серия след това сравнете Z, за да предвидите реда на радиусите.

Решени задачи

Коректното сравнение първо фиксира електронния брой, заряда и структурата.

O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺

O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺

Решение: Всички имат 10 електрона. Нарастващото Z усилва привличането, затова радиусите са O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺.

Fe²⁺ или Fe³⁺

Fe²⁺ или Fe³⁺

Решение: При еднаква координация Fe³⁺ е по-малък: има един електрон по-малко и по-голям положителен заряд.

Две стойности за един йон

Две стойности за един йон

Решение: Преди да решите, че една е грешна, проверете степента на окисление, координационното число и конвенцията на набора от данни.