Ioneradius

Hva ioneradius betyr

Ioneradius er en strukturell modell

I en krystall måles avstander mellom ionekjerner. Disse avstandene deles opp i effektive bidrag fra de to ionene ved hjelp av en valgt radiusskala. En tabellverdi gjelder derfor en bestemt ladning, koordinasjon og ofte en bestemt strukturell konvensjon.

Når elektroner fjernes blir en kation vanligvis mindre

Elektronfjerning reduserer elektron–elektron-frastøtningen. Hvis ioniseringen også tømmer det ytterste hovedskallet, blir sammentrekningen særlig stor. Na⁺ er derfor mye mindre enn et nøytralt Na-atom.

Når elektroner tilføres blir en anion vanligvis større

Et ekstra elektron øker frastøtningen i valensområdet uten å øke kjerneladningen. Elektronskyen ekspanderer derfor ofte, slik at for eksempel Cl⁻ er større enn nøytralt Cl.

Hva styrer ionestørrelsen

En isoelektronisk serie isolerer virkningen av kjerneladning

I O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ og Al³⁺ finnes det ti elektroner i hvert ion. Når elektrontallet er likt, blir økende protontall den dominerende forskjellen. Radiusen avtar derfor i denne rekkefølgen når Z øker.

Koordinasjonstall endrer den tabulerte radiusen

Et ion kan ha forskjellige effektive radier i fire-, seks- eller åttekoordinert miljø. Flere naboer krever vanligvis større internukleære avstander, og radiusverdien som brukes i krystallkjemi må derfor oppgis sammen med koordinasjonen.

Oksidasjonstilstand endrer størrelsen

For det samme grunnstoffet er en høyere positiv oksidasjonstilstand vanligvis knyttet til mindre radius. Fe³⁺ er for eksempel mindre enn Fe²⁺ ved sammenlignbar koordinasjon fordi færre elektroner skjermes mot samme kjerneladning.

Kjemiske følger av ionestørrelse

Ladningstetthet, polarisering og struktur

Et lite ion med høy ladning har høy ladningstetthet. Det elektriske feltet rundt ionet kan deformere elektronskyen til en nabo og gi bindingen mer kovalent karakter enn en enkel kulemodell antyder.

Stor polariserende evne

Små, sterkt ladde kationer som Al³⁺ har stor polariserende evne. De kan trekke elektrontetthet mot seg og påvirke både bindingsretning, løselighet og struktur.

Stor polariserbarhet

Store anioner med diffus elektronsky, som I⁻, er lettere å deformere enn små, kompakte anioner. Dette er en viktig del av Fajans-reglene og forklarer hvorfor ionestørrelse påvirker graden av kovalent karakter.

Periodiske trender krever sammenlignbare ioner

Det er misvisende å tegne én enkel radiuspil for alle ioner i periodesystemet, fordi grunnstoffene danner forskjellige ladninger. En fornuftig trend sammenligner samme ladningstype, en isoelektronisk serie eller samme koordinasjonsmiljø.

Hydratisering og gitterenergi

Små ioner med høy ladning binder vannmolekyler sterkt og har ofte stor hydratiseringsentalpi. De kan også bidra til stor gitterenergi i ioniske faste stoffer fordi Coulomb-tiltrekningen øker når avstanden mellom ionene blir liten.

Radius alene forutsier ikke krystallstrukturen

Radiusforhold kan være nyttige tommelfingerregler, men virkelige strukturer bestemmes også av polariserbarhet, elektronkonfigurasjon, kovalent karakter, trykk og temperatur. Geometri kan derfor ikke reduseres til én radiuskvotient.

Øvelser

Isoelektronisk serie

Sorter O²⁻, F⁻, Na⁺ og Mg²⁺ fra størst til minst radius.

Fe²⁺ og Fe³⁺

Hvilket ion er normalt minst ved samme koordinasjon, Fe²⁺ eller Fe³⁺?

Koordinasjon

Hvorfor må koordinasjonstall oppgis sammen med en presis ioneradius?