Jonradie
Jonradie är en effektiv storlek som tilldelas en jon i en viss strukturell miljö. Den är användbar för att jämföra kristallstrukturer, koordination och periodiska trender, men den är inte radien hos en hård kula som är oberoende av laddning, koordinationstal eller bindningsmiljö.
Betydelsen av jonradie
Jonradie är en strukturell modell
I en kristall möts grannjoner inte vid perfekt skarpa ytor. Diffraktion bestämmer avstånd mellan kärnor och ett radieschema fördelar dessa avstånd på effektiva jonbidrag. Olika scheman kan därför ge något olika värden.
Att ta bort elektroner gör vanligen en katjon mindre
När en atom bildar en katjon minskar elektron–elektron-repulsionen medan kärnladdningen är oförändrad. Om jonisation tar bort hela det yttersta skalet, som för Na→Na⁺, blir kontraktionen särskilt stor. Vid jämförbar koordination är Fe³⁺ normalt mindre än Fe²⁺.
Att lägga till elektroner gör vanligen en anjon större
När elektroner läggs till en anjon ökar repulsionen i valensområdet vid samma kärnladdning. Molnet expanderar till en ny balans. För samma grundämne innebär en mer negativ laddning därför oftast en större radie i jämförbara miljöer.
Vad styr joners storlek
En isoelektronisk serie isolerar kärnladdningen
O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ och Al³⁺ har alla tio elektroner, men protonantalet ökar från 8 till 13. Med samma elektronantal drar den ökande kärnladdningen molnet allt starkare samman: O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.
Koordinationstal ändrar tabellradien
En jon med fler koordinerade grannar tilldelas ofta en större effektiv radie i en strukturell modell. Tillförlitliga tabeller anger därför koordinationstalet; tetraedriskt och oktaedriskt Fe²⁺ är inte en och samma oföränderliga kula.
Oxidationstal ändrar storleken
När samma grundämne får högre positiv laddning blir den effektiva attraktionen på återstående elektroner starkare. Därför är Fe³⁺ mindre än Fe²⁺ vid jämförbar koordination.
Kemiska följder av jonstorlek
Laddningstäthet, polarisering och struktur
En liten, starkt laddad katjon har hög laddningstäthet och kan kraftigt polarisera elektronmolnet hos en närliggande anjon. En stor, diffus anjon är lättare att polarisera. Det hjälper till att förklara kovalent karaktär i vissa föreningar som annars beskrivs som joniska.
Stor polariserande förmåga
En liten, starkt laddad katjon koncentrerar sitt elektriska fält och deformerar grannpartiklars elektrondensitet starkare.
Hög polariserbarhet
En stor anjon har ett diffust elektronmoln som lättare deformeras av ett yttre fält.
Periodiska trender: jämför motsvarande joner
Inom en familj av joner med samma laddning ökar radien normalt nedåt i en grupp på grund av nya ockuperade skal. Över en period bör katjoner och anjoner jämföras separat, eftersom ett byte av laddning kan ge ett abrupt storlekshopp.
Hydratisering och gitterenergi
Små, starkt laddade joner hydratiseras ofta kraftigt eftersom deras lokala elektriska fält är starkt. I jongitter tenderar stora laddningar och korta avstånd att ge högre gitterenergi. Geometri, polarisering och lösningsmedel spelar ändå också roll.
Radien förutsäger inte ensam kristallstrukturen
Enkla regler baserade på radieförhållanden är bara approximationer. Verklig koordination beror också på stökiometri, polarisering, bindningsriktning, tryck och elektronstruktur. Jonradien är en användbar variabel, inte en fullständig strukturprognos.
Övningar
Isoelektronisk serie
Ordna O²⁻, F⁻, Na⁺ och Mg²⁺ från störst till minst.
Lösning
O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺. Alla har tio elektroner; protonantalet ökar i den ordningen och drar molnet starkare samman.
Fe²⁺ och Fe³⁺
Vilken jon är mindre vid jämförbar koordination?
Lösning
Fe³⁺. Kärnladdningen är densamma, men en elektron har tagits bort och den positiva laddningen är större, så återstående elektroner attraheras starkare.
Koordination
Varför måste koordinationstalet anges när en jonradie citeras?
Lösning
Värdet härleds ur en strukturell geometri. Om antal och placering av grannar ändras, ändras kärnavstånden och därmed den tilldelade effektiva radien.