Іонний радіус
Іонний радіус — ефективна характеристика розміру іона, яку виводять з між’ядерних відстаней у кристалах та узгоджених структурних моделей. Електронна густина не має твердої межі, тому радіус залежить від координації та прийнятої шкали, але його тренди дуже інформативні.
Катіони стають меншими
Втрата електронів зменшує електрон-електронне відштовхування і часто усуває зовнішню оболонку. Решта електронів відчуває сильніше ефективне притягання, тому катіон зазвичай менший за нейтральний атом.
Аніони стають більшими
Приєднання електрона збільшує відштовхування всередині тієї самої оболонки. Якщо Z не змінюється, електронна густина розширюється, тому простий аніон часто більший за відповідний атом.
Ізоелектронний ряд
Для видів з однаковою кількістю електронів вирішальним стає Z. У ряду N³⁻, O²⁻, F⁻, Ne, Na⁺, Mg²⁺ радіус зменшується зі зростанням протонного числа, бо той самий електронний набір сильніше притягується.
Координація
Табличний іонний радіус залежить від координаційного числа. Іон у восьмикоординованому оточенні може мати інше ефективне значення, ніж у чотирикоординованому. Порівнювати треба значення з однаковою методикою.
Кристалічна структура
Співвідношення радіусів допомагає раціоналізувати геометрію координації, але не є абсолютним правилом. Ковалентність, поляризація, тиск і енергія решітки можуть змінювати структуру.
Гідратація
У воді малий заряджений іон сильно орієнтує молекули розчинника. Гідродинамічний розмір сольватованого комплексу може бути більшим за кристалічний «голий» радіус, тому мобільність не завжди слідує простій таблиці.
Поляризація
Малий багатозарядний катіон має велику густину заряду і може сильно деформувати електронну хмару аніона. Це збільшує ковалентний внесок у зв’язок, навіть якщо формально сполука записується як іонна.
Межа поняття
Іонний радіус — модельна величина для порівняння відстаней, а не фізична поверхня. Його сила полягає в узгоджених трендах, а не в припущенні про жорсткі кулі.
Зв’язок з енергією решітки
Для іонної пари електростатичне притягання зростає, коли заряди більші, а характерна відстань між центрами менша. Тому малі багатозарядні іони часто дають великі внески в енергію кристалічної решітки. Але саме через високу густину заряду вони також сильніше поляризують сусідів і можуть збільшувати ковалентний характер. Отже, менший іон не означає автоматично «більш іонний» зв’язок.
Що перевіряти в таблиці
Перед порівнянням двох чисел важливо перевірити ступінь окиснення, координаційне число і джерело шкали. Fe²⁺ і Fe³⁺ мають різні радіуси; той самий Fe³⁺ у різних координаціях теж може мати різні табличні значення. Узгоджена методика важливіша за удавану точність до сотих ангстрема.
Вправа
Розташуйте O²⁻, F⁻, Na⁺ і Mg²⁺ від найбільшого до найменшого радіуса.
Розв’язання
Усі мають десять електронів, а Z зростає: O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺.