Promień jonowy
Promień jonowy jest efektywnym rozmiarem przypisanym jonowi w określonym modelu strukturalnym. Wyznacza się go zwykle z odległości między jonami w kryształach, dlatego nie jest twardą granicą chmury elektronowej i zależy od ładunku, koordynacji oraz przyjętego zestawu promieni.
Kationy maleją, aniony rosną
Utworzenie kationu usuwa elektron i często całą zewnętrzną powłokę; odpychanie elektron–elektron maleje, a pozostałe elektrony są silniej przyciągane. Na⁺ jest więc znacznie mniejszy od Na.
Anion otrzymuje dodatkowy elektron. Większe odpychanie w tej samej powłoce rozszerza chmurę, dlatego Cl⁻ jest większy od Cl. Nie jest to prosty efekt samego znaku ładunku, lecz bilans liczby elektronów i przyciągania jądra.
Szereg izoelektronowy
Dla jonów z tą samą liczbą elektronów najważniejsza jest liczba protonów. O²⁻, F⁻, Na⁺ i Mg²⁺ mają po 10 elektronów, ale Z rośnie od 8 do 12.
Większy Z przy tej samej populacji elektronów mocniej ściąga chmurę do jądra. Kolejność od największego do najmniejszego to O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺.
Porównaj szereg izoelektronowy
Stan utlenienia ma znaczenie
Dla tego samego pierwiastka wyższy dodatni ładunek zwykle oznacza mniejszy promień. Fe³⁺ jest mniejszy od Fe²⁺ w porównywalnej koordynacji, bo ma mniej elektronów wokół tego samego jądra.
Ta różnica wpływa na długości wiązań, energię sieci, pola ligandów i strukturę kryształów. Dlatego tabela musi podawać konkretny jon, a nie tylko pierwiastek.
Koordynacja także zmienia wartość
Ten sam jon może mieć różne promienie tablicowe dla liczby koordynacyjnej 4, 6 lub 8. Nie oznacza to błędu; promień jest parametrem dopasowanym do rzeczywistych odległości sąsiadów w danym środowisku.
Przy porównaniach należy używać wartości z tego samego zestawu, dla zgodnej koordynacji i stanu utlenienia. Mieszanie różnych konwencji może tworzyć pozorne trendy.
Promień nie przewiduje całej struktury
Reguły oparte na stosunku promieni mogą być pomocne, ale nie są uniwersalnym prawem. Ładunek, polaryzacja, kowalencyjność kierunkowa, energia sieci, struktura elektronowa i temperatura również wpływają na geometrię.
Najpewniejsze zastosowanie promieni jonowych jest porównawcze: użyć spójnego zestawu wartości i połączyć różnicę rozmiarów z konkretnym pytaniem strukturalnym lub energetycznym.
Porównuj jak z jak
Najlepsze porównania promieni jonowych dotyczą tego samego zestawu tablicowego, zgodnych liczb koordynacyjnych i jasno określonych stanów utlenienia. Dopiero wtedy różnicę można wiarygodnie łączyć z długością wiązań, energią sieci lub stabilnością struktury.
Reguła izoelektronowa jest szczególnie mocna, bo usuwa zmianę liczby elektronów: gdy konfiguracja jest ta sama, większa liczba protonów daje silniejsze przyciąganie i mniejszy promień.
Przykłady rozwiązane
1. O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺
Rozwiązanie
Wszystkie mają 10 elektronów; kolejność to O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺.
2. Fe²⁺ czy Fe³⁺?
Rozwiązanie
W podobnej koordynacji Fe³⁺ jest mniejszy.
3. Ca²⁺ w koordynacji 6 i 8
Rozwiązanie
Dwie różne wartości mogą być jednocześnie poprawne, bo promień zależy od koordynacji.