Tamaños de átomos e iones

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Habilidades para Desarrollar

Describir la importancia y la tendencia periódica de los radios atómicos

¿Qué son los radios atómicos?

Los radios atómicos son los radios de los átomos, una medida de cuán grandes son los átomos. Eso parece algo simple. Es una idea útil porque si conocemos los radios, podemos predecir qué tan grandes son las moléculas, si diferentes partes se tocarán entre sí, etc. Esto es bueno para diseñar moléculas para fines particulares, o interpretar datos, y otras cosas.

¿Cómo se miden los radios atómicos?

¡Aquí es donde empieza el problema! Los átomos se parecen más a nubes que a bolas de metal. Es fácil medir el diámetro de una bola de metal, porque no cambia; la bola es dura. Pero, ¿cómo se mide el tamaño de una sola nube que está tocando muchas otras nubes? Recuerda por el modelo nuclear del átomo que el núcleo es muy pequeño. Casi todo el espacio en un átomo es ocupado por los electrones en sus orbitales, y los orbitales, como las nubes, no tienen bordes obvios; además, pueden cambiar de tamaño y forma cuando otros átomos están cerca debido a las fuerzas de Coulomb de otros núcleos y electrones. Por lo general, medimos el tamaño de los átomos mediante cristalografía de rayos X. Básicamente brillamos rayos X sobre un cristal (como un cristal de sal o un diamante, un cristal es una disposición ordenada de átomos con bordes afilados y rectos). Los rayos X interactúan con los electrones en el cristal, y la imagen que obtenemos de los rayos X puede decirnos la densidad de electrones en cada punto del cristal. La mayoría de los átomos tienen mucha densidad de electrones porque tienen 6 o más electrones. Podemos ver lo lejos que están estos picos de densidad electrónica, y eso nos dice dónde están los átomos. Entonces adivinamos su tamaño en función de lo lejos que están el uno del otro. Digo “adivina” porque la distancia entre los átomos depende de si se están uniendo o no, etc. así que el tamaño depende del tipo de ambiente que veamos. No podemos ver todos los tipos de átomos en un mismo ambiente porque tienen diferentes propiedades de unión, pero al observar muchas situaciones diferentes podemos ver algunas tendencias generales.

Una ilustración de cristalografía de rayos X con interferencia de onda constructiva, izquierda y destructiva, derecha.

Predicción de Tamaños Relativos

Debido a que los electrones son los que ocupan espacio en átomos, el resultado es que el tamaño del orbital más grande lleno determina el tamaño del átomo o ion. Los tamaños de los orbitales dependen de los números cuánticos (n = 1, n = 3, etc.) y también de la carga nuclear efectiva. Una órbita de cualquier tipo se hará más pequeña a medida que la carga nuclear efectiva se haga más grande, porque la atracción hacia el núcleo es mayor. A medida que baja por la tabla periódica, generalmente los átomos se hacen más grandes porque n se hace más grande (hay electrones en las conchas superiores). La carga nuclear efectiva sí se hace más grande también bajando por la tabla periódica, pero este efecto es menor que el cambio en el caparazón. Al pasar a la izquierda a través de la tabla periódica, la carga nuclear efectiva aumenta. El número de electrones también aumenta, pero suelen estar en la misma concha o subcapa, por lo que el aumento efectivo de la carga nuclear es más importante, y los átomos o iones se hacen más pequeños yendo a la izquierda. Hay muchas excepciones, pero por ahora más grande a la derecha y abajo es lo que debes recordar.

Una simple ilustración de la tendencia de los radios atómicos a través de la tabla periódica.

Los tamaños de los iones siguen un patrón simple. Cuando eliminas electrones, haces cationes, hay menos electrones y menos repulsiones electrón-electrón, por lo que el catión es más pequeño que el átomo. Cuantos más electrones despegues, más pequeños se vuelven. Los aniones son lo contrario. Cuando agregas electrones, se repelen entre sí, y hay más de ellos, así que los aniones son más grandes que los átomos, y se hacen más grandes a medida que agregas electrones. Puede combinar estos patrones con el patrón general de átomos para predecir el tamaño relativo de los iones.

En general, para predecir tamaños relativos, pregunte: ¿Cuántos electrones? ¿Qué concha? ¿Qué carga nuclear efectiva? Encuentra las diferencias entre las partículas que estás comparando, y mira qué efecto deberían tener las diferencias.

¡Echa un vistazo a los Radios Atómicos por ti mismo!

Ve a la página de radio de Ptable y mira los radios. Intente seleccionar diferentes tipos de radios, como calculados, empíricos, covalentes y Van der Waals. Observe que algunos tipos de radios solo tienen datos para algunos elementos, y que los patrones cambian un poco dependiendo de cómo se mida.

Enlace exterior

Energía de ionización y radios atómicos (10 min)

Colaboradores y Atribuciones

Emily V Eames (City College of San Francisco)