Je ziet dat naarmate het aantal protonen in de kern van het ion toeneemt, de elektronen dichter naar de kern worden getrokken. De stralen van de iso-elektronische ionen vallen dus in deze reeks.

Vragen om je begrip te testen

Als dit de eerste reeks vragen is die je maakt, lees dan eerst de introductiepagina voordat je begint. Je zult de BACK BUTTON van je browser moeten gebruiken om hier terug te komen.

Vragen over atomaire en ionische radius

antwoorden

Er zijn geen vragen om de rest van deze pagina te testen.

De relatieve grootte van ionen en atomen

Het zal je waarschijnlijk niet zijn opgevallen, maar nergens in wat je tot nu toe hebt gelezen is het nodig geweest om het te hebben over de relatieve grootte van de ionen en de atomen waar ze uit voort zijn gekomen. Ook (voor zover ik kan opmaken uit de syllabi) wordt dit in geen van de huidige Britse examens voor 16- tot 18-jarigen specifiek gevraagd in hun syllabi.

Het is echter heel gebruikelijk om uitspraken te vinden over de relatieve grootte van ionen en atomen. Ik ben er vrij zeker van dat deze beweringen onjuist zijn, en ik zou het probleem graag frontaal willen aanpakken in plaats van het gewoon te negeren.

Belangrijk!

Tien jaar lang, tot ik in augustus 2010 deze sectie over ionstraal herschreef, heb ik opgenomen wat in het onderstaande kader staat. Je vindt dezelfde informatie en uitleg in allerlei boeken en op allerlei websites die op dit niveau zijn gericht. Ten minste één syllabus voor niet-Britse middelbare scholen heeft een verklaring waarin hier specifiek naar wordt gevraagd.

Ionen zijn niet even groot als de atomen waar ze uit voortkomen. Vergelijk de grootte van natrium- en chloride-ionen met de grootte van natrium- en chlooratomen.

Positieve ionen

Positieve ionen zijn kleiner dan de atomen waar ze uit voortkomen. Natrium is 2,8,1; Na+ is 2,8. Je bent een hele laag elektronen kwijt, en de resterende 10 elektronen worden naar binnen getrokken door de volle kracht van 11 protonen.

Negatieve ionen

Negatieve ionen zijn groter dan de atomen waar ze uit voortkomen. Chloor is 2,8,7; Cl- is 2,8,8. Hoewel de elektronen nog allemaal op het 3-vlak zitten, zorgt de extra afstoting door het inkomende elektron ervoor dat het atoom groter wordt. Er zijn nog steeds maar 17 protonen, maar die moeten nu 18 elektronen vasthouden.

Echter, ik werd door een ervaren docent uitgedaagd over de negatieve ionen verklaring, en dat dwong mij om er voor het eerst goed over na te denken. Ik ben er nu van overtuigd dat de feiten en de uitleg met betrekking tot negatieve ionen gewoonweg onlogisch zijn.

Voor zover ik weet, wordt in geen enkele syllabus in het Verenigd Koninkrijk melding gemaakt van de relatieve grootte van atomen en ionen (met ingang van augustus 2010), maar het is raadzaam eerdere werkstukken en beoordelingsschema’s te bekijken om te zien of er vragen in zijn geslopen.

De rest van deze pagina gaat over de problemen die ik zie, en is echt bedoeld voor docenten en anderen, niet zozeer voor studenten.

Als je student bent, kijk dan goed naar je syllabus, en naar examenvragen en beoordelingsschema’s uit het verleden, om te zien of je hier iets over moet weten. Als je het niet hoeft te weten, stop dan nu met lezen (tenzij je natuurlijk geïnteresseerd bent in een beetje controverse!).

Als je het wel moet weten, dan zul je moeten leren wat er in de doos staat, zelfs als het, zoals ik denk, fout is. Als u uw scheikunde graag eenvoudig houdt, negeer dan de rest van de pagina, want dan loopt u het risico in de war te raken over wat u moet weten.

Als u deskundige kennis van dit onderwerp hebt, en fouten kunt vinden in wat ik zeg, neem dan contact met me op via het adres op de pagina over deze site.

Het kiezen van de juiste atoomstraal om mee te vergelijken

Dit is de kern van het probleem.

De diagrammen in het kader hierboven, en soortgelijke die je elders zult vinden, gebruiken de metaalstraal als maat voor de atoomstraal voor metalen, en de covalente straal voor niet-metalen. Ik wil me concentreren op de niet-metalen, omdat daar het grootste probleem ligt.

Het staat je natuurlijk volkomen vrij om de straal van een ion te vergelijken met de atoomstraal van je keuze. Het probleem zit hem in de relatie tussen de atoomstraal en de “verklaring” van de verschillen.

Het is volkomen waar dat negatieve ionen een straal hebben die aanzienlijk groter is dan de covalente straal van het atoom in kwestie. En het argument is dan dat de reden hiervoor is dat als je een of meer extra elektronen aan het atoom toevoegt, de inter-elektron afstotingen ervoor zorgen dat het atoom uitzet. Daarom is het negatieve ion groter dan het atoom.

Dit lijkt mij volstrekt inconsistent. Als je een of meer extra elektronen aan het atoom toevoegt, voeg je ze niet toe aan een covalent gebonden atoom. Je kunt bijvoorbeeld niet zomaar elektronen toevoegen aan een covalent gebonden chlooratoom – de bestaande elektronen van chloor hebben zich gereorganiseerd in nieuwe moleculaire banen die de atomen aan elkaar binden.

In een covalent gebonden atoom is er gewoon geen ruimte om extra elektronen toe te voegen.

Dus als je de elektronenrepulsie verklaring wilt gebruiken, dan impliceert dit dat je de extra elektronen toevoegt aan een ruw atoom met een eenvoudige niet-gecombineerde elektronenrangschikking.

Met andere woorden, als je het over bijvoorbeeld chloor zou hebben, dan voeg je een extra elektron toe aan chloor met een configuratie van 2,8,7 – niet aan covalent gebonden chlooratomen waarin de rangschikking van de elektronen is veranderd door deling.

Dat betekent dat de vergelijking die je zou moeten maken niet gaat met de verkorte covalente straal, maar met de veel grotere van der Waals straal – de enige beschikbare maat voor de straal van een ongebonden atoom.

Dus wat gebeurt er als je die vergelijking maakt?

Groep 7

F

0,198

	vdW-straal (nm)	ionstraal van X- (nm)
0.147	0,133
Cl	0,175	0,181
Br	0,185	0,196
I	0,198	0,196
I	0.220

Groep 6

	vdW-straal (nm)	ionische straal van X2- (nm)
O	0.152	0,140
S	0,180	0,184
Se	0,190	0.198
Te	0.206	0.221

Groep 5

	vdW-straal (nm)	ionische straal van X3- (nm)
N	0.155	0,171
P	0,180	0,212

Zoals we hierboven al hebben besproken, zitten metingen van ionische stralen vol onzekerheden. Dat geldt ook voor van der Waals stralen. De tabel gebruikt één bepaalde reeks waarden voor vergelijkingsdoeleinden. Als je gegevens uit verschillende bronnen gebruikt, zul je verschillen in de patronen vinden – inclusief welke van de soorten (ion of atoom) groter is.

Deze ionstraalwaarden zijn voor 6-gecoördineerde ionen (met een klein vraagteken bij de cijfers voor nitride- en fosfide-ionen). Maar u herinnert zich wellicht dat ik heb gezegd dat de ionstraal verandert met de co-ordinatie. Stikstof is hier een bijzonder goed voorbeeld van.

4-gecoördineerde nitride-ionen hebben een straal van 0,146 nm. Met andere woorden, als je naar één van de coördinaties kijkt, is het nitride-ion groter dan het stikstofatoom; in het andere geval is het kleiner. Een algemene uitspraak doen dat nitride-ionen groter of kleiner zijn dan stikstofatomen is onmogelijk.

Wat kunnen we dan wel veilig over de feiten zeggen?

Voor de meeste, maar niet alle, negatieve ionen is de straal van het ion groter dan die van het atoom, maar het verschil is lang niet zo groot als blijkt als je ionische stralen ten onrechte vergelijkt met covalente stralen. Er zijn ook belangrijke uitzonderingen.

Ik zie niet hoe je hier echte generalisaties over kunt maken, gezien de onzekerheden in de gegevens.

En wat kun je veilig zeggen over de verklaring?

Als er al extra elektron-elektron afstotingen zijn bij het toevoegen van extra elektronen, dan moeten die vrij klein zijn. Dit blijkt vooral als je kijkt naar sommige paren van iso-elektronische ionen.

Je zou denken dat als afstoting een belangrijke factor zou zijn, de straal van bijvoorbeeld een sulfide-ion met twee negatieve ladingen aanzienlijk groter zou zijn dan een chloride-ion met slechts één lading. Het verschil zou eigenlijk nog groter moeten zijn, omdat de elektronen van het sulfide-ion worden vastgehouden door slechts 16 protonen in plaats van de 17 in het geval van chloor.

Op grond van deze afstotingstheorie zou het sulfide-ion niet slechts een klein beetje groter moeten zijn dan een chloride-ion – het zou een stuk groter moeten zijn. Hetzelfde effect wordt aangetoond met selenide en bromide, en met telluride- en jodide-ionen. In het laatste geval is er vrijwel geen verschil in de grootte van de 2- en 1- ionen.

Dus als er al enige afstoting een rol speelt, dan lijkt het er niet op dat die een grote rol speelt.

Hoe zit het met positieve ionen?

Of je nu van der Waals stralen of metaalstralen gebruikt als maat voor de atoomstraal, voor metalen is de ionstraal kleiner dan een van beide, dus het probleem doet zich niet in dezelfde mate voor. Het is waar dat de ionstraal van een metaal kleiner is dan de atoomstraal (hoe vaag je dit ook definieert).

De verklaring (tenminste zolang je alleen positieve ionen uit de groepen 1, 2 en 3 beschouwt) in termen van het verliezen van een volledige laag elektronen is ook aanvaardbaar.

Conclusie

Het lijkt me voor negatieve ionen volstrekt onlogisch om ionische stralen te vergelijken met covalente stralen als je de verklaring van elektronenafstoting wilt gebruiken.

Als je de ionische stralen van negatieve ionen vergelijkt met de van der Waals stralen van de atomen waar ze uit voortkomen, maken de onzekerheden in de gegevens het erg moeilijk om betrouwbare generalisaties te maken.

De overeenkomst in grootte van paren iso-elektronische ionen uit groep 6 en 7 roept de vraag op hoe belangrijk afstoting is in welke verklaring dan ook.

Ik ben hier meer dan een week mee bezig geweest, en heb het besproken met de inbreng van een aantal zeer deskundige mensen. Ik denk niet dat er een verklaring is die eenvoudig genoeg is om aan de meeste leerlingen op dit niveau te geven.

Op dit niveau kun je eenvoudige periodieke trends in atomaire stralen beschrijven en uitleggen op de manier die ik verderop op deze pagina heb gedaan, zonder zelfs maar na te denken over de relatieve grootte van atomen en ionen. Persoonlijk zou ik meer dan gelukkig zijn als ik hier de rest van mijn leven niet meer aan hoef te denken!

Waar wil je nu heen?

Naar het atomaire eigenschappen menu .

Naar het atoomstructuur- en bindingsmenu. .

Naar het hoofdmenu . . .