Mini-kurzus
Ionsugár
Az ionsugár egy ion hatásos mérete szerkezeti vagy kötési modellben. A töltés, elektronkonfiguráció, koordináció és kristálykörnyezet nélkül a szám önmagában nem teljes leírás.
Az ionsugár szerkezeti mennyiség
Kristályban nincs éles felület, amely két iont elválaszt. Az ionsugarak hatásos méretek, amelyekkel az interionos távolságok következetesen felbonthatók egy választott szerkezeti modellben.
A kation többnyire kisebb
Elektron elvesztése csökkenti az elektron–elektron taszítást, sőt eltávolíthatja a teljes külső héjat. A megmaradó elektronokra jutó magvonzás nagyobb lesz.
Az anion többnyire nagyobb
Elektron hozzáadása ugyanahhoz a magtöltéshez növeli a taszítást, ezért a felhő kitágul. Az anion rendszerint nagyobb a semleges atomnál.
Izoelektronos sorozat
O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ és Al³⁺ mind 10 elektront tartalmaz. A sugár ebben a sorrendben csökken, mert 8-ról 13-ra nő a protonok száma közel azonos elektroneloszlás mellett.
Mi határozza meg a táblázatos értéket?
Az ionsugarat mindig szerkezeti feltételekkel együtt kell olvasni.
Koordinációs szám
Ugyanarra az ionra különböző sugarat adhatnak 4-es, 6-os vagy 8-as koordinációban. Nagyobb koordináció sok adatkészletben nagyobb hatásos sugárral jár.
Oxidációs állapot
Azonos elemnél nagyobb pozitív töltés kevesebb elektront és erősebb hatásos vonzást jelent. Összevethető koordinációban Fe³⁺ kisebb Fe²⁺-nál.
Elektronszerkezet és spinállapot
Átmenetifém-ionok high-spin és low-spin állapotának mérete eltérhet, mert más az orbitális betöltés és az antibonding jellegű elektronok száma.
A méret kémiai következményei
A sugár meghatározza a töltéssűrűséget és erősen befolyásolja az ion környezetével való kölcsönhatását.
Töltéssűrűség
Kis, nagy töltésű ion erős elektromos teret hoz létre. Al³⁺ erősebben polarizálja szomszédait, mint Na⁺, ezért a kötés kovalens jellege is nőhet.
Polarizálhatóság
Nagy anionok külső elektronjai lazábban kötöttek és könnyebben deformálhatók. I⁻ általában sokkal polarizálhatóbb F⁻-nál.
Hidratáció
Kis, erősen töltött ionok nagyon erősen rendezik maguk köré a vizet. A hidratált sugár nem azonos a kristályos ionsugárral; a szolvátburok megváltoztatja a hatásos méretet.
Rácsenergia
Hasonló töltések mellett a kisebb ionok közelebb kerülhetnek egymáshoz, így erősebb Coulomb-vonzás és gyakran nagyobb rácsenergia adódik.
A sugárarány-szabályok korlátai
A kation/anion sugárarány geometriát sugallhat, de a kovalencia, nyomás, torzulás és konkrét kötés miatt nem univerzális törvény.
Periódusos összehasonlítás
Azonos töltésű ionok csoportjában lefelé többnyire nő a sugár. Izoelektronos sorban ezzel szemben a növekvő Z csökkenti. A két szabály más összehasonlításra vonatkozik.
Add meg a rendszámot és az elektronszámot. A kimenet a formális iontöltést mutatja; izoelektronos sorban ezután Z alapján becsülhető a sugársorrend.
Megoldott feladatok
A helyes összehasonlítás előbb rögzíti az elektronszámot, töltést és szerkezetet.
O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺
O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺
Megoldás: Mind 10 elektronos. A növekvő Z erősíti a vonzást, ezért O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ sugár szerint.
Fe²⁺ vagy Fe³⁺
Fe²⁺ vagy Fe³⁺
Megoldás: Azonos koordinációban Fe³⁺ kisebb: eggyel kevesebb elektronja és nagyobb pozitív töltése van.
Két eltérő adat ugyanarra az ionra
Két eltérő adat ugyanarra az ionra
Megoldás: Ellenőrizd az oxidációs állapotot, koordinációs számot és az adatkészlet definícióját, mielőtt hibának tekinted az eltérést.