이온 반지름

Ionic radius
반지름의 종류

이온 반지름 r은ion 이온 결정 구조에서 단원자 이온의 반지름이다.원자, 이온 모두 뚜렷한 경계가 없지만 양이온과 음이온의 이온반경의 합이 결정격자 내의 이온간 거리를 줄 수 있도록 반경을 가진 단단한 구인 것처럼 취급한다.이온 반지름은 일반적으로 피코미터(pm) 또는 앙스트롬(α) 단위로 제공되며, 1 † = pm이다.일반적인 값은 31 pm(0.3 o)에서 200 pm(2 o) 이상입니다.

이 개념은 용해 셸을 고려한 액체 용액 중의 용해 이온으로 확장될 수 있다.

트렌드

X−. NaX AgX
F 464 492
클론 564 555
브르 598 577
나트륨 및 할로겐화은의 단위 셀 파라미터(PM, 2개의 M–X 결합 길이와 동일).모든 화합물은 NaCl 구조에서 결정화된다.
원자와 이온의 상대적 반지름.중성 원자는 회색, 양이온 빨간색, 음이온 파란색입니다.

이온은 이온의 전하에 따라 중성 원자보다 크거나 작을 수 있습니다.원자가 양이온을 형성하기 위해 전자를 잃으면, 다른 전자들은 핵에 더 끌리고, 이온의 반지름은 더 작아진다.마찬가지로 원자에 전자가 첨가되어 음이온을 형성할 때, 추가된 전자는 전자간 반발에 의해 전자 구름의 크기를 증가시킨다.

이온 반지름은 주어진 이온의 고정 특성은 아니지만 좌표 수, 스핀 상태 및 기타 매개변수에 따라 달라집니다.단, 이온 반지름 값은 주기적인 경향을 인식할 수 있도록 충분히 전송할 수 있다.다른 원자 반경의 종류와 마찬가지로 이온 반지름은 그룹의 내림차순에서 증가합니다.이온 크기(같은 이온의 경우)도 배위수가 증가함에 따라 증가하며, 높은 스핀 상태의 이온은 낮은 스핀 상태의 동일한 이온보다 커집니다.일반적으로 이온 반경은 양의 전하가 증가함에 따라 감소하고 음의 전하가 증가함에 따라 증가합니다.

결정의 "불규칙한" 이온 반지름은 종종 결합에서 유의한 공유가 특성을 나타내는 신호입니다.어떤 결합도 완전한 이온은 아니며, 일부 "이온" 화합물, 특히 전이 금속은 특성이 특히 공유됩니다.이는 표에 나와 있는 나트륨 및 할로겐화은의 단위 셀 매개변수를 통해 알 수 있습니다.플루오르화물 기준으로는 Ag가 Na보다+ 크지만+ 염화물과 브롬화물 기준으로는 그 반대인 [1]것으로 보인다.이는 AgCl과 AgBr에서 결합의 공유가 특성이 크면 결합 길이가 감소하여 Ag의+ 외관 이온 반지름이 감소하기 때문이다. 이는 전기 양성이 더 높은 나트륨의 할로겐화물이나 불화물 이온이 상대적으로 분극화되지 않는 불화은에는 존재하지 않는 효과이다.

결정.

이온 결정에서 두 이온 사이의 거리는 결정의 단위 셀의 옆면 길이를 제공하는 X선 결정학에 의해 결정될 수 있습니다.예를 들어 염화나트륨 단위 셀의 각 가장자리 길이는 564.02pm이다.염화나트륨 단위셀의 각 가장자리는 원자가 Na∙∙Cl−∙Na로+ 배열된+ 것으로 간주할 수 있으므로 Na-Cl 분리의 2배가 된다.따라서+ Na 이온과− Cl 이온의 거리는 564.02 pm의 절반인 282.01 pm이다.그러나 X선 결정학은 이온 사이의 거리를 주지만, 이온들 사이의 경계가 어디에 있는지를 나타내지 않기 때문에 직접적으로 이온 반경을 주지는 않는다.

Shannon의 결정 데이터를 이용한 LiI 결정의 단위 셀 정면도+(Li = 90 pm, I− = 206 pm).요오드화 이온은 거의 닿아 있는데, 이는 란데의 가정이 꽤 좋다는 것을 보여준다.

란데는[2] 음이온과 양이온이 LiI와 같이 크기 차이가 큰 결정을 고려해 이온 반지름을 추정했다.리튬 이온은 요오드화 이온보다 훨씬 작기 때문에 리튬은 결정 격자 안에 있는 구멍에 들어가 요오드화 이온이 닿을 수 있습니다.즉, 결정에서 인접한 두 요오드화물 사이의 거리는 214 pm으로 추정된 요오드화물 이온의 반지름의 두 배라고 가정한다.이 값을 사용하여 다른 반지름을 결정할 수 있습니다.예를 들어 RbI의 이온간 거리는 356pm으로 Rb의 이온반경에+ 대해 142pm을 제공합니다.이렇게 해서 8개의 이온의 반지름 값이 결정되었다.

Wasastjerna는 굴절률 [3]측정에 의해 결정되는 전기 분극률에 의해 결정되는 이온의 상대적 부피를 고려하여 이온 반지름을 추정했다.이러한 결과는 Victor [4]Goldschmidt에 의해 확대되었다.Wasastjerna와 Goldschmidt 둘 다 O 이온에2− 132pm의 값을 사용했다.

폴링은 음이온과 양이온 반경으로 이온 사이의 거리를 비례시키기 위해 효과적인 핵 전하를 사용했다.[5]그의 데이터는 O 이온의2− 반경을 140pm으로 한다.

결정학적 데이터에 대한 주요 검토는 [6]섀넌에 의해 수정된 이온 반지름의 출판으로 이어졌다.Shannon은 다른 배위수 및 높은 스핀 상태와 낮은 스핀 상태에 대해 다른 반지름을 제공합니다.폴링의 반지름과 일치하기 위해 섀넌은 r(O2−) = 140 pm의 값을ion 사용했다. 이 값을 사용하는 데이터를 "유효한" 이온 반지름이라고 한다.그러나 섀넌은 r(O2−) = 126 pm에 기반한ion 데이터도 포함한다. 이 값을 사용하는 데이터를 "표준" 이온 반지름이라고 한다.섀넌은 "결정 반경이 고체 [6]내 이온의 물리적 크기에 더 가까운 것으로 느껴진다"고 말한다.두 데이터 세트가 다음 두 표에 나열되어 있습니다.

이온 전하 및 스핀의 함수로서 원소의 pm 단위의 결정 이온 반지름
(ls = 낮은 스핀, hs = 높은 스핀).
괄호 안에 다르게 표시되지 않는 한 이온은 6좌표이다.
(예: 4좌표3− [6]N의 경우 146(4)).
번호 이름. 기호. 3– 2– 1– 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 수소 H 208 −4 (2)
3 리튬 리 90
4 베릴륨 있다 59
5 붕소 B 41
6 카본 C 30
7 질소 N 132 (4) 30 27
8 산소 O 126
9 불소 F 119 22
11 나트륨 나 116
12 마그네슘 Mg 86
13 알루미늄 알 67.5
14 실리콘 시 54
15 인 P 58 52
16 유황 S 170 51 43
17 염소 클론 181 26(3py) 41
19 칼륨 K 152
20 칼슘 Ca 114
21 스칸듐 스케이 88.5
22 티타늄 티 100 81 74.5
23 바나듐 V 93 78 72 68
24 크롬 ls Cr 87 75.5 69 63 58
24 크롬 HS Cr 94
25 망간 ls Mn 81 72 67 47 (4) 39.5 (4) 60
25 망간 Mn 97 78.5
26 아이언 Fe 75 69 72.5 39 (4)
26 아이언 HS Fe 92 78.5
27 코발트 ls 회사 79 68.5
27 코발트 HS 회사 88.5 75 67
28 니켈 ls 니 83 70 62
28 니켈 hs 니 74
29 구리 CU 91 87 68 ls
30 아연 Zn 88
31 갈륨 가 76
32 게르마늄 ge 87 67
33 비소 ~하듯이 72 60
34 셀레늄 세 184 64 56
35 브롬 브르 182 73 (4 인치) 45(3py) 53
37 루비듐 Rb 166
38 스트론튬 시르 132
39 이트륨 Y 104
40 지르코늄 Zr 86
41 니오브 Nb 86 82 78
42 몰리브덴 모 83 79 75 73
43 테크네튬 Tc 78.5 74 70
44 루테늄 루 82 76 70.5 52 (4) 50 (4)
45 로듐 Rh 80.5 74 69
46 팔라듐 PD 73 (2) 100 90 75.5
47 실버 아그 129 108 89
48 카드뮴 CD 109
49 인듐 인 94
50 주석 스니 83
51 안티몬 Sb 90 74
52 텔루루 테 207 111 70
53 요오드 I 206 109 67
54 제논 Xe 62
55 세슘 Cs 167
56 바륨 바 149
57 란타넘 라 117.2
58 세륨 Ce 115 101
59 프라세오디뮴 PR 113 99
60 네오디뮴 Nd 143 (8) 112.3
61 프로메튬 Pm 111
62 사마리움 SM 136 (7) 109.8
63 유로피움 에우 131 108.7
64 가돌리늄 Gd 107.8
65 터비움 Tb 106.3 90
66 디스프로슘 Dy 121 105.2
67 홀뮴 호 104.1
68 엘비움 음.정말 103
69 툴륨 Tm 117 102
70 이터비움 YB 116 100.8
71 루테튬 루 100.1
72 하프늄 HF 85
73 탄탈룸 타 86 82 78
74 텅스텐 W 80 76 74
75 레늄 레 77 72 69 67
76 오스뮴 OS 77 71.5 68.5 66.5 53 (4)
77 이리듐 Ir 82 76.5 71
78 플래티넘 Pt 94 76.5 71
79 골드 오 151 99 71
80 수성. Hg 133 116
81 탈륨 Tl 164 102.5
82 이끌다 PB 133 91.5
83 비스무트 Bi 117 90
84 폴로늄 포 108 81
85 아스타틴 앳 76
87 프랑슘 프루 194
88 라듐 라 162 (8)
89 악티늄 AC 126
90 토륨 Th(Th) 108
91 프로탁티늄 빠 116 104 92
92 우라늄 U 116.5 103 90 87
93 넵투늄 Np 124 115 101 89 86 85
94 플루토늄 푸 114 100 88 85
95 아메리슘 암 140 (8) 111.5 99
96 퀴륨 Cm 111 99
97 베르켈륨 Bk 110 97
98 칼리포늄 Cf 109 96.1
99 아인스타이늄 Es 92.8[7]
이온 충전 및 스핀의 함수로서 pm 단위의 유효 이온 반지름
(ls = 낮은 스핀, hs = 높은 스핀).
괄호 안에 다르게 표시되지 않는 한 이온은 6좌표이다.
(예: 4좌표3− [6]N의 경우 146(4)).
번호 이름. 기호. 3– 2– 1– 1+ 2+ 3+ 4+ 5+ 6+ 7+ 8+
1 수소 H 139.9 −18 (2)
3 리튬 리 76
4 베릴륨 있다 45
5 붕소 B 27
6 카본 C 16
7 질소 N 146 (4) 16 13
8 산소 O 140
9 불소 F 133 8
11 나트륨 나 102
12 마그네슘 Mg 72
13 알루미늄 알 53.5
14 실리콘 시 40
15 인 P 212[8] 44 38
16 유황 S 184 37 29
17 염소 클론 181 12(3py) 27
19 칼륨 K 138
20 칼슘 Ca 100
21 스칸듐 스케이 74.5
22 티타늄 티 86 67 60.5
23 바나듐 V 79 64 58 54
24 크롬 ls Cr 73 61.5 55 49 44
24 크롬 HS Cr 80
25 망간 ls Mn 67 58 53 33 (4) 25.5 (4) 46
25 망간 Mn 83 64.5
26 아이언 Fe 61 55 58.5 25 (4)
26 아이언 HS Fe 78 64.5
27 코발트 ls 회사 65 54.5
27 코발트 HS 회사 74.5 61 53
28 니켈 ls 니 69 56 48
28 니켈 hs 니 60
29 구리 CU 77 73 54 ls
30 아연 Zn 74
31 갈륨 가 62
32 게르마늄 ge 73 53
33 비소 ~하듯이 58 46
34 셀레늄 세 198 50 42
35 브롬 브르 196 59 (4 인치) 31(3py) 39
37 루비듐 Rb 152
38 스트론튬 시르 118
39 이트륨 Y 90
40 지르코늄 Zr 72
41 니오브 Nb 72 68 64
42 몰리브덴 모 69 65 61 59
43 테크네튬 Tc 64.5 60 56
44 루테늄 루 68 62 56.5 38 (4) 36 (4)
45 로듐 Rh 66.5 60 55
46 팔라듐 PD 59 (2) 86 76 61.5
47 실버 아그 115 94 75
48 카드뮴 CD 95
49 인듐 인 80
50 주석 스니 118[9] 69
51 안티몬 Sb 76 60
52 텔루루 테 221 97 56
53 요오드 I 220 95 53
54 제논 Xe 48
55 세슘 Cs 167
56 바륨 바 135
57 란타넘 라 103.2
58 세륨 Ce 101 87
59 프라세오디뮴 PR 99 85
60 네오디뮴 Nd 129 (8) 98.3
61 프로메튬 Pm 97
62 사마리움 SM 122 (7) 95.8
63 유로피움 에우 117 94.7
64 가돌리늄 Gd 93.5
65 터비움 Tb 92.3 76
66 디스프로슘 Dy 107 91.2
67 홀뮴 호 90.1
68 엘비움 음.정말 89
69 툴륨 Tm 103 88
70 이터비움 YB 102 86.8
71 루테튬 루 86.1
72 하프늄 HF 71
73 탄탈룸 타 72 68 64
74 텅스텐 W 66 62 60
75 레늄 레 63 58 55 53
76 오스뮴 OS 63 57.5 54.5 52.5 39 (4)
77 이리듐 Ir 68 62.5 57
78 플래티넘 Pt 80 62.5 57
79 골드 오 137 85 57
80 수성. Hg 119 102
81 탈륨 Tl 150 88.5
82 이끌다 PB 119 77.5
83 비스무트 Bi 103 76
84 폴로늄 포 223[10] 94 67
85 아스타틴 앳 62
87 프랑슘 프루 180
88 라듐 라 148 (8)
89 악티늄 AC 106.5 (6)
122.0 (9)[11]
90 토륨 Th(Th) 94
91 프로탁티늄 빠 104 90 78
92 우라늄 U 102.5 89 76 73
93 넵투늄 Np 110 101 87 75 72 71
94 플루토늄 푸 100 86 74 71
95 아메리슘 암 126 (8) 97.5 85
96 퀴륨 Cm 97 85
97 베르켈륨 Bk 96 83
98 칼리포늄 Cf 95 82.1
99 아인스타이늄 Es 83.5[7]

소프트스피어 모델

일부 이온의 연구 이온 반지름(pm)
양이온, M RM 음이온, X RX
리+ 109.4 클론− 218.1
나+ 149.7 브르− 237.2

많은 화합물의 경우, 단단한 구로서의 이온 모델은 이온 사이의 거리 d mx {을 결정으로 측정할 수 있는 정확도로 재현하지 않습니다.계산된 정확도를 향상시키는 한 가지 방법은 이온을 결정에서 겹치는 "부드러운 구"로 모델링하는 것입니다.이온이 겹치기 때문에 결정에서 이온의 거리는 부드러운 구 반지름의 [12]합보다 적을 것이다.

soft-sphere 이온 r m {\과 r { 및 m {\의 관계는 다음과 같습니다.

x m + k ({}^{k}={ ,

서 k k는 결정 구조의 유형에 따라 변화하는 지수입니다.하드스피어 모델에서는 k k는 로, d m + x { style { } = { + { 입니다.

관측 이온 분리 및 계산된 이온 분리 비교(pm)
MX 관찰된 소프트스피어 모델
LiCl 257.0 257.2
LiBr 275.1 274.4
NaCl 282.0 281.9
NaBr 298.7 298.2

소프트스피어 모델에서 kk의 은 1과 2 사이입니다.예를 들어 염화나트륨 구조와 할로겐화물 1족 결정의 경우 1.6667의 값이 실험과 잘 일치한다.테이블에는 부드러운 구체의 이온 반지름이 몇 개 있습니다.이 반지름은 위에 주어진 결정 반지름보다 크다(Li+, 90 pm; Cl−, 167 pm).이러한 반지름으로 계산된 이온 간 분리는 실험 값과 현저하게 일치한다.몇 가지 데이터가 표에 나와 있습니다.이상하게도를 하는 방정식에 대한 이론적 정당성은 제시되지 않았습니다

비구면 이온

이온 반지름의 개념은 구면 이온 형상의 가정에 기초한다.단, 그룹 이론의 관점에서 이 가정은 할로겐산염의 Na와 Cl, 또는 스팔레라이트의 Zn과 S와 같은 고대칭성 결정 격자 사이트에 존재하는 이온에 대해서만 정당화된다.각 격자부위의 점대칭군을 [13]고려할 때 NaCl 및d ZnS의 입방체군h O, T를 명확히 구별할 수 있다.저대칭성 부위의 이온은 구면 형태에서 전자 밀도의 상당한 편차가 발생할 수 있다.이는 특히 결정학적 점군1 C, C1h, Cn 또는nv C인 극대칭 격자 부위의 이온에 대해 n = 2, 3, 4 또는 [14]6이다.최근 C 격자 부위에3 1가 칼코겐 이온이 존재하는 황철광형 화합물에 대한 결합 형상에 대한 철저한 분석이 수행되었다.칼코겐 이온은 대칭축을 따라 서로 다른 반지름과 그에 [15]수직인 타원체 전하 분포에 의해 모델링되어야 한다는 것을 발견했다.

「 」를 참조해 주세요.

레퍼런스

  1. ^ 기존 이온 반지름을 기준으로 Ag+(129pm)는 Na(116pm)보다+ 크다.
  2. ^ Landé, A. (1920). "Über die Größe der Atome". Zeitschrift für Physik. 1 (3): 191–197. Bibcode:1920ZPhy....1..191L. doi:10.1007/BF01329165. S2CID 124873960. Archived from the original on 3 February 2013. Retrieved 1 June 2011.
  3. ^ Wasastjerna, J. A. (1923). "On the radii of ions". Comm. Phys.-Math., Soc. Sci. Fenn. 1 (38): 1–25.
  4. ^ Goldschmidt, V. M. (1926). Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente. Skrifter Norske Videnskaps—Akad. Oslo, (I) Mat. Natur. 이것은 Goldschmidt의 8권 세트입니다.
  5. ^ 폴링, L. (1960년)화학적 결합의 성질(제3편)이타카, 뉴욕: 코넬 대학 출판부.
  6. ^ a b c d R. D. Shannon (1976). "Revised effective ionic radii and systematic studies of interatomic distances in halides and chalcogenides". Acta Crystallogr A. 32 (5): 751–767. Bibcode:1976AcCrA..32..751S. doi:10.1107/S0567739476001551.
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  8. ^ "Atomic and Ionic Radius". Chemistry LibreTexts. 3 October 2013.
  9. ^ "Metallic, Covalent and Ionic Radii(r)". Wired Chemist.
  10. ^ 를 클릭합니다Shannon, R. D. (1976), "Revised Effective Ionic Radii and Systematic Studies of Interatomic Distances in Halides and Chalcogenides", Acta Crystallogr. A, 32 (5): 751–67, Bibcode:1976AcCrA..32..751S, doi:10.1107/S0567739476001551.
  11. ^ Deblonde, Gauthier J.-P.; Zavarin, Mavrik; Kersting, Annie B. (2021). "The coordination properties and ionic radius of actinium: A 120-year-old enigma". Coordination Chemistry Reviews. Elsevier BV. 446: 214130. doi:10.1016/j.ccr.2021.214130. ISSN 0010-8545.
  12. ^ Lang, Peter F.; Smith, Barry C. (2010). "Ionic radii for Group 1 and Group 2 halide, hydride, fluoride, oxide, sulfide, selenide and telluride crystals". Dalton Transactions. 39 (33): 7786–7791. doi:10.1039/C0DT00401D. PMID 20664858.
  13. ^ H. Bethe (1929). "Termaufspaltung in Kristallen". Annalen der Physik. 3 (2): 133–208. Bibcode:1929AnP...395..133B. doi:10.1002/andp.19293950202.
  14. ^ M. Birkholz (1995). "Crystal-field induced dipoles in heteropolar crystals – I. concept". Z. Phys. B. 96 (3): 325–332. Bibcode:1995ZPhyB..96..325B. CiteSeerX 10.1.1.424.5632. doi:10.1007/BF01313054. S2CID 122527743.
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외부 링크