Vemos que à medida que o número de prótons no núcleo do ião aumenta, os electrões são puxados para mais perto do núcleo. Os raios dos iões isoeléctricos caem, portanto, ao longo desta série.
p>Questões para testar a sua compreensão
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perguntas sobre raio atómico e iónico
respostas
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Os tamanhos relativos dos iões e dos átomos
Provavelmente não terá reparado, mas em parte alguma do que leu até agora houve necessidade de falar sobre os tamanhos relativos dos iões e dos átomos de onde eles vieram. Nenhum deles (tanto quanto me é dado perceber pelos programas de estudo) faz qualquer um dos actuais exames baseados no Reino Unido para jovens entre os 16 e os 18 anos de idade o pedir especificamente nos seus programas de estudo.
No entanto, é muito comum encontrar declarações sobre os tamanhos relativos dos iões e dos átomos. Estou bastante convencido de que estas afirmações são defeituosas, e gostaria de atacar o problema de frente em vez de apenas ignorá-lo.
Importante!
Durante 10 anos, até reescrever esta secção do raio iónico em Agosto de 2010, incluí o que está na caixa abaixo. Encontrará esta mesma informação e explicação em todo o tipo de livros e em qualquer número de websites destinados a este nível. Pelo menos um programa de nível não-UK A tem uma declaração que pede especificamente isto.
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Ions não são do mesmo tamanho que os átomos de onde provêm. Compare os tamanhos dos iões sódio e cloreto com os tamanhos dos átomos sódio e cloro.
Iões positivos
Iões positivos são mais pequenos do que os átomos de onde provêm. O sódio é 2,8,1; Na+ é 2,8. Perdeu-se uma camada inteira de electrões, e os restantes 10 electrões estão a ser puxados pela força total de 11 protões.
Iões negativos
Iões negativos são maiores do que os átomos de onde provêm. O cloro é 2,8,7; Cl- é 2,8,8. Embora os electrões ainda estejam todos nos 3 níveis, a repulsão extra produzida pelo electrão que entra faz com que o átomo se expanda. Ainda existem apenas 17 protões, mas agora têm de conter 18 electrões.
No entanto, fui desafiado por um professor experiente sobre a explicação negativa dos iões, e isso obrigou-me a pensar cuidadosamente sobre o assunto pela primeira vez. Estou agora convencido de que os factos e a explicação relativa aos iões negativos são simplesmente ilógicos.
Até onde posso dizer, nenhum programa de estudos baseado no Reino Unido menciona os tamanhos relativos de átomos e iões (a partir de Agosto de 2010), mas deve verificar documentos passados e esquemas de marcação para ver se as perguntas se infiltraram sorrateiramente.
O resto desta página discute os problemas que consigo ver, e é realmente dirigido aos professores e outros, e não aos estudantes.
Se é estudante, olhe cuidadosamente para o seu programa de estudos, e perguntas de exames passados e esquemas de pontuação, para saber se precisa de saber sobre isto. Se não precisa de saber, pare de ler agora (a menos, claro, que esteja interessado num pouco de controvérsia!).
Se precisa de saber, então terá de aprender o que está na caixa, mesmo que, como eu acredito, esteja errado. Se gosta que a sua química seja simples, ignore o resto da página, pois arrisca-se a ficar confuso sobre o que precisa de saber.
Se tem conhecimentos especializados sobre este tópico, e pode encontrar quaisquer falhas no que estou a dizer, então por favor contacte-me através do endereço na página sobre este site.
Escolhendo o raio atómico direito para comparar com
Este é o cerne do problema.
Os diagramas na caixa acima, e outros semelhantes que encontrará noutros locais, usam o raio metálico como medida do raio atómico para metais, e o raio covalente para não-metálicos. Quero concentrar-me nos não metais, porque é aí que reside o problema principal.
É claro que é perfeitamente livre de comparar o raio de um íon com qualquer medida de raio atómico que escolher. O problema reside em relacionar a sua escolha de raio atómico com a “explicação” das diferenças.
É perfeitamente verdade que os iões negativos têm raios significativamente maiores do que o raio covalente do átomo em questão. E o argumento então vai no sentido de que a razão para isto é que se adicionar um ou mais electrões extra ao átomo, as repulsões inter-electrónicas provocam a expansão do átomo. Portanto, o íon negativo é maior do que o átomo.
Isto parece-me ser completamente inconsistente. Se adicionar um ou mais electrões extra ao átomo, não os está a adicionar a um átomo covalentemente ligado. Não se pode simplesmente adicionar electrões a um átomo de cloro ligado covalentemente, por exemplo – os electrões existentes de cloro reorganizaram-se em novas orbitais moleculares que ligam os átomos.
Num átomo ligado covalentemente, não há simplesmente espaço para adicionar electrões extra.
Então, se quiser usar a explicação da repulsão dos electrões, a implicação é que está a adicionar os electrões extra a um átomo bruto com um arranjo simples de electrões não combinados.
Por outras palavras, se estava a falar, digamos, de cloro, está a adicionar um electrão extra ao cloro com uma configuração de 2,8,7 – não a ligar covalentemente átomos de cloro em que a disposição dos electrões foi alterada através da partilha.
Isso significa que a comparação que deveria estar a fazer não é com o raio covalente encurtado, mas sim com o raio van der Waals muito maior – a única medida disponível do raio de um átomo não-combinado.
Então o que acontece se fizer essa comparação?
Grupo 7
| th>vdW radius (nm) | ionic radius of X- (nm) | |
|---|---|---|
| F | 0.147 | 0.133 |
| Cl | 0.175 | 0.181 |
| Br | 0.185 | 0.196 |
| I | 0.198 | 0.220 |
Grupo 6
| vdW raio (nm) | th>ionic raio de X2- (nm) | |
|---|---|---|
| O | 0.152 | 0.140 |
| S | 0.180 | 0.184 |
| Se | 0.190 | 0.198 |
| Te | 0.206 | 0.221 |
Grupo 5
| th>ionic radius of X3- (nm) | ||
|---|---|---|
| N | 0.155 | 0.171 |
| P | 0.180 | 0.212 |
Como já discutimos acima, as medições dos raios iónicos estão cheias de incertezas. Isto também é verdade para os raios van der Waals. A tabela utiliza um conjunto particular de valores para fins de comparação. Se utilizar dados de diferentes fontes, encontrará diferenças nos padrões – incluindo qual das espécies (ião ou átomo) é maior.
Estes valores de raios iónicos são para 6 iões coordenados (com um ligeiro ponto de interrogação sobre os valores de iões de nitreto e fosforeto). Mas talvez se lembrem que eu disse que o raio iónico muda com a coordenação. O nitrogénio é um exemplo particularmente bom disto.
4- iões de nitreto coordenados têm um raio de 0,146 nm. Por outras palavras, se olharmos para uma das coordenações, o ião nitreto é maior que o átomo de azoto; no outro caso, é mais pequeno. Fazer uma afirmação geral de que os iões de nitreto são maiores ou menores que os átomos de azoto é impossível.
Então o que é seguro dizer sobre os factos?
Para a maioria, mas não para todos os iões negativos, o raio do ião é maior que o do átomo, mas a diferença não é nada tão grande como se mostra se comparar incorrectamente os raios iónicos com os raios covalentes. Há também importantes excepções.
Não consigo ver como é que se podem fazer verdadeiras generalizações sobre isto, dadas as incertezas nos dados.
E o que é seguro dizer sobre a explicação?
Se houver quaisquer repulsões adicionais de electrões-electrões na adição de electrões extra, estes devem ser bastante pequenos. Isto é particularmente demonstrado se considerarmos alguns pares de iões isoelectrónicos.
P>Teria pensado que se a repulsão fosse um factor importante, então o raio de, digamos, um ião sulfureto, com duas cargas negativas seria significativamente maior do que um ião cloreto com apenas um. A diferença deveria ser ainda mais acentuada, porque os electrões de sulfureto estão a ser retidos por apenas 16 protões em vez dos 17 no caso do cloro.
Nesta teoria da repulsão, o ião sulfureto não deveria ser apenas um pouco maior do que um ião cloreto – deveria ser muito maior. O mesmo efeito é mostrado com selenieto e brometo, e com iões telluride e iodeto. No último caso, praticamente não há diferença nos tamanhos dos iões 2- e 1-.
p> Então se houver alguma repulsão a desempenhar um papel nisto, certamente não parece que esteja a desempenhar um papel importante.
E quanto aos iões positivos?
Se optar por utilizar raios van der Waals ou raios metálicos como medida do raio atómico, para os metais o raio iónico é menor do que qualquer um deles, por isso o problema não existe na mesma medida. É verdade que o raio iónico de um metal é menor do que o seu raio atómico (por muito vago que seja a sua definição).
A explicação (pelo menos desde que considere apenas os iões positivos dos Grupos 1, 2 e 3) em termos de perda de uma camada completa de electrões também é aceitável.
Conclusão
Parece-me que, para iões negativos, é completamente ilógico comparar raios iónicos com raios covalentes se quiser usar a explicação da repulsão de electrões.
Se comparar os raios iónicos dos iões negativos com os raios van der Waals dos átomos de onde provêm, as incertezas nos dados tornam muito difícil fazer quaisquer generalizações fiáveis.
A semelhança nos tamanhos dos pares de iões isoeléctricos dos Grupos 6 e 7 põe em causa a importância da repulsão em qualquer explicação.
P>Passando mais de uma semana a trabalhar nisto, e discutindo-o com o contributo de algumas pessoas muito conhecedoras, não creio que haja qualquer explicação que seja suficientemente simples para dar à maioria dos estudantes deste nível. Parece-me melhor que estas ideias sobre tamanhos relativos de átomos e iões sejam simplesmente descartadas.
A este nível, é possível descrever e explicar tendências periódicas simples em raios atómicos da forma como eu fiz mais acima nesta página, sem sequer pensar nos tamanhos relativos dos átomos e iões. Pessoalmente, ficaria mais do que feliz em nunca mais pensar nisto para o resto da minha vida!
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