Ionski polmer

Iz Wikipedije, proste enciklopedije
Skoči na: navigacija, iskanje

Ionski polmer, rion, je merilo velikosti atomovega iona v kristalni mreži. Meri se v pikometrih (pm, 10−12 m) ali Ångströmih (Å, 10−10 m), se pravi da je 1 Å = 100 pm. Značilne vrednosti ionskih polmerov so od 30 pm (0,3 Å) do preko 200 pm (2 Å).

Koncept ionskega polmera sta neodvisno razvila Victor Goldschmidt in Linus Pauling leta 1920 iz podatkov, ki sta jih dobila s takrat novo tehniko rentgensko kristalografijo. Pulingov pristop se je izkazal kot bolj inventiven. Rentgenska kristalografija lahko postreže s podatki o dolžini stranice osnovne celice kristala, mnogo teže ali celo nemogoče pa je tudi s sodobnimi tehnikami ugotoviti mejo med dvema ionoma. Zelo enostavno se da na primer ugotoviti, da stranica osnovne celice kristala natrijevega klorida meri 564,02 pm in da je ta dolžina enaka dvema razdaljama med središčema natrijevega in kloridnega iona:

2·[rion(Na+) + rion(Cl)] = 564,02 pm

Iz enačbe seveda ni razvidno, kolikšen del razdalje pripada natrijevemu in kolikšen del kloridnemu ionu. S primerjanjem več različnih spojin in z nekaj kemijske intuicije se je Pauling odločil, da bo kisikovemu ionu O2- pripisal polmer 140 pm, potem pa je lahko z odštevanjem izračunal polmere drugih ionov.[1]

Temeljit pregled kristalografskih podatkov je leta 1976[2] privedel do objave revidiranih ionskih polmerov, ki so zamenjali prvotne Paulingove vrednosti. Nekateri viri so za referenco obdržali Paulingovo rion(O2-) = 140 pm, drugi viri pa so za referenco izbrali vrednost 126 pm. Slednje vrednosti naj bi bile bolj natančni približki "resničnim" relativnim velikostim anionov in kationov v ionskih kristalih.

Ionski polmer ni fiksna lastnost danega iona in je odvisen od koordinacijskega števila, spinskega stanja in drugih parametrov. Vrednosti ionskih polmerov so kljub temu dovolj prenosljivi, da omogočajo prepoznavanje periodičnih trendov. Ionski polmeri se obnašajo podobno kot drugi polmeri in po skupini periodnega sistema navzdol naraščajo. Velikost istega iona narašča tudi z naraščanjem koordinacijskega števila. Ion v visokem spinskem stanju ima večji ionski polmer kot ion v nizkem spinskem stanju. Anioni so skoraj vedno večji od kationov. Redke izjeme so fluoridi nekaterih alkalijskih kovin. Na splošno velja, da se ionski polmeri z naraščanjem pozitivnega naboja manjšajo, z naraščanjem negativnega naboja pa večajo.

X NaX AgX
F
464
492
Cl
564
555
Br
598
577
Parametri osnovnih celic natrijevih in srebrovih halogenidov. Dolžine (v pm) so enake dvema dolžinama vezi M-X. Vse spojine imajo kristalno strukturo natrijevega klorida.

Netipični ionski polmeri v kristalih so pogosto znak za kovalentne lastnosti vezi, saj nobena vez ni popolnoma ionska. Nekatere spojine, predvsem spojine prehodnih kovin, ki naj bi bile ionske, so po svojih lastnostih povsem kovalentne. To je na primer razvidno iz parametrov osnovne celice natrijevih in srebrovih halogenidov. Iz primerjave fluoridov bi zaključili, da je Ag+ večji od Na+, iz primerjav kloridov in bromidov pa bi zaključili ravno obratno.[3] Anomalija je posledica bolj kovalentnih lastnosti vezi v AgCl in AgBr, ki skrajšajo dolžino vezi in s tem tudi navidezni ionski polmer Ag+. Tega vpliva ni niti v halogenidih bolj elektropozitivnega natrija niti v srebrovem fluoridu, v katerem je fluoridni ion relativno nepolarizabilen.

Ionski polmeri[uredi | uredi kodo]

V naslednji preglednici so poleg vrstnih števil, imen in simbolov elementov navedeni njihovi ionski polmeri v različnih oksidacijskih stanjih.[2] Če ni posebej označeno, imajo ioni koordinacijo 6, druge koordinacije pa so označene na primer s 1464 za N−3 s koordinacijo 4. Oznaki ls in hs pomenita nizki oziroma visoki spin.

−3 −2 −1 +1 +2 +3 +4 +5 +6 +7 +8
3 Litij Li 76
4 Berilij Be 45
5 Bor B 27
6 Ogljik C 16
7 Dušik N 1464 16 13
8 Kisik O 140
9 Fluor F 133 8
11 Natrij Na 102
12 Magnezij Mg 72
13 Aluminij Al 53.5
14 Silicij Si 40
15 Fosfor P 44 38
16 Žveplo S 184 37 29
17 Klor Cl 181 12 27
19 Kalij K 138
20 Kalcij Ca 100
21 Skandij Sc 74,5
22 Titan Ti 86 67 60,5
23 Vanadij V 79 64 58 54
24 Krom Cr 73ls 80hs 61,5 55 49 44
25 Mangan Mn 67 58ls 64,5hs 53 334 25,54 46
26 Železo Fe 61ls 78hs 55ls 64,5hs 58,5 254
27 Kobalt Co 65ls 74,5hs 54,5ls 61hs 53
28 Nikelj Ni 69 56ls 60hs 48ls
29 Baker Cu 77 73 54ls
30 Cink Zn 74
31 Galij Ga 62
32 Germanij Ge 73 53
33 Arzen As 58 46
34 Selen Se 198 50 42
35 Brom Br 196 594sq 314 39
37 Rubidij Rb 152
38 Stroncij Sr 118
39 Itrij Y 90
40 Cirkonij Zr 72
41 Niobij Nb 72 68 64
42 Molibden Mo 69 65 61 59
43 Tehnecij Tc 64,5 60 56
44 Rutenij Ru 68 62 56,5 384 364
45 Rodij Rh 66,5 60 55
46 Paladij Pd 592 86 76 61,5
47 Srebro Ag 115 94 75
48 Kadmij Cd 95
49 Indij In 80
50 Kositer Sn 112
51 Antimon Sb 76 60
52 Telur Te 221 97 56
53 Jod I 220 95 53
54 Ksenon Xe 48
55 Cezij Cs 167
56 Barij Ba 135
57 Lantan La 103.2
58 Cerij Ce 102 87
59 Prazeodim Pr 99 85
60 Neodim Nd 1298 98.3
61 Prometij Pm 97
62 Samarij Sm 1224 95,8
63 Evropij Eu 117 94,7
64 Gadolinij Gd 93,8
65 Terbij Tb 92,3 76
66 Disprozij Dy 107 91,2
67 Holmij Ho 90,1
68 Erbij Er 89
69 Tulij Tm 103 88
70 Iterbij Yb 102 86,8
71 Lutecij Lu 86,1
72 Hafnij Hf 71
73 Tantal Ta 72 68 64
74 Volfram W 66 62 60
75 Renij Re 63 58 55 53
76 Osmij Os 63 57,5 54,5 52,5 394
77 Iridij Ir 68 62,5 57
78 Platina Pt 86 62,5 57
79 Zlato Au 137 85 57
80 Živo srebro Hg 119 102
81 Talij Tl 150 88,5
82 Svinec Pb 119 77,5
83 Bizmut Bi 103 76
84 Polonij Po 94 67
85 Astat At 62
87 Francij Fr 180
88 Radij Ra 1488
89 Aktinij Ac 112
90 Torij Th 94
91 Protaktinij Pa 104 90 78
92 Uran (element) U 102,5 89 78 73
93 Neptunij Np 110 101 87 75 72 71
94 Plutonij Pu 100 86 74 71
95 Americij Am 1268 97,5 85
96 Kirij Cm 97 85
97 Berkelij Bk 96 83
98 Kalifornij Cf 95 82,1

Zaključek[uredi | uredi kodo]

Kristalna struktura sfalerita.

Pojem ionskega polmera temelji na predpostavki, da ima ion obliko kroglice. S stališča teorije grup je ta predpostavka upravičena samo za ione, ki so umeščeni v kristalni mreži z visoko simetrijo, na primer za Na in Cl v halitu (NaCl, kamena sol) in Zn in S v sfaleritu ((Zn,Fe)S). Pri ionih na mestih z manjšo simetrijo lahko pride do velikih odstopanj od oblike kroglice.[4] To še posebno velja za ione na mrežnih položajih polarne simetrije v kristalografskih točkovnih skupinah C1, C1h, Cn ali Cnv, pri čemer je n = 2, 3, 4 ali 6.[5] Nedavna temeljita analiza geometrije vezi disulfidov piritnega tipa, v katerih je monovalentno žveplo vezano na mrežnih položajih C, je pokazala, da je treba žveplove ione modelirati kot elipsoide z različnimi polmeri v smeri osi simetrije in v smeri pravokotni nanjo.[6] Analiza je v tem primeru pokazala tudi to, da so ionski volumni in ne ionski polmeri tisti, ki v različnih kristalnih strukturah ostanejo konstantni.

Glej tudi[uredi | uredi kodo]

Sklici[uredi | uredi kodo]

  1. ^ Pauling, L. (1960). The Nature of the Chemical Bond (3rd Edn.). Ithaca, NY: Cornell University Press.
  2. ^ 2,0 2,1 Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides Shannon R.D. Acta Cryst. A32 751-767 (1976)
  3. ^ Na podlagi konvencionalnih ionskih polmerov je Ag+ (129 pm) v resnici večji od Na+ (116 pm)
  4. ^ H. Bethe (1929). "Termaufspaltung in Kristallen". Ann. Physik 3: 133–208. 
  5. ^ M. Birkholz (1995). "Crystal-field induced dipoles in heteropolar crystals – II. Physical significance". Z. Phys. B 96: 333–340. doi:10.1007/BF01313055. 
  6. ^ M. Birkholz, R. Rudert (2008). "Interatomic distances in pyrite-structure disulfides – a case for ellipsoidal modelling of sulphur ions". phys. stat. sol. (b) 245: 1858–1864. doi:10.1002/pssb.200879532.