Ионные и атомные радиусы

Различие и многообразие кристаллических структур зависят от многих факторов: химической природы вещества, размеров атомов и ионов, сил связи между ними. Кристаллохимические радиусы (расстояния между ближайшими атомами в кристаллических структурах) равны сумме радиусов атомов.

Рассмотрим структуру ионного кристалла (рис. 6.2). Между ионами действуют силы притяжения и силы отталкивания. Существует некоторое мини­мальное расстояние, на котором сила взаимодействия равна нулю. Это расстоя­ние соответствует постоянной кристаллической решётки. Центры ионов нахо­дятся друг от друга на этом минимальном расстоянии. Легко представить себе простую картину ионной структуры как упаковку соприкасающихся несжи­маемых сфер. Вокруг катиона в структуре флюорита располагается группа из восьми анионов. «Радиус» каждого данного иона зависит от рассматривае­мого химического элемента и от величины его электростатического заряда. Ра­диус мал для положительно заряженных ионов – катионов – и велик для отри­цательно заряженных ионов – анионов.

Эффективный радиус иона конкретного элемента зависит от степени заполнения электронами электронных оболочек, атомного номера элемента и степени ионизации элемента.

Размеры ионных радиусов всех элементов подчиняются следующим закономерностям.

1. Внутри одного вертикального ряда радиусы ионов увеличиваются
с возрастанием атомного номера в связи с возрастанием числа электронных
оболочек.

2. Для одного и того же элемента ионный радиус возрастает с увеличением
отрицательного заряда и уменьшается с увеличением положительного заряда
(рис. 6.3).

3. Размеры атомов и ионов увеличиваются с увеличением номера элемента
(кроме ряда лантанидов и актинидов, где с увеличением номера элемента они
уменьшаются).

Изображение структуры в виде упаковки сфер может быть полезным, даже если в структуре действуют другие химические связи. Эффективный радиус атома (несжимаемого шара) – это радиус сферы его действия. Атомные радиусы в структурах простых веществ (элементов) с металлической или ковалентной связью равны половине кратчайшего межатомного расстояния (рис. 6.3).

          Рис. 6.2. Упаковка ионов в структуре флюорита

                 Рис. 6.3. Упаковка атомов в структуре алмаза

Эффективный радиус атома конкретного элемента зависит от степени заполнения электронами электронных оболочек, от атомного номера элемента и степени ионизации элемента. Во многих симметричных структурах с гомеополярной или металлической связью половину расстояния между центрами одинаковых атомов можно считать радиусом соответствующих атомов.

Атомные и ионные радиусы определены экспериментально по рентгеновским измерениях межатомных расстояний и вычислены теоретически на основе квантово-механических представлений. В настоящее время существуют табли­цы кристаллохимических радиусов для всех типов связей.