Sie haben vielleicht gehört, dass Atome das kleinste mögliche Stück einer bestimmten Art von Materie darstellen. Wenn Sie das Glück hatten, einen 1-Pfund-Stein des Elements Gold (Au) zu besitzen, könnten Sie ihn in immer kleinere Stücke aufteilen, bis Sie nur noch Goldatome übrig hatten; weitere Unterteilungen sind möglich, aber keine der resultierenden Komponenten sind spezifisch für Gold.
Das Periodensystem der Elemente umfasst 118 einzelne Atomtypen (dh Elemente), die alle eine einzigartige Anzahl von Protonen und Elektronen und eine ähnliche Anzahl von Neutronen aufweisen. Aber wie winzig ist dieses unendlich kleine Wesen? Gibt es eine Möglichkeit, dies in Beziehung zu setzen? Größe eines Atoms in den radius von irgendwas aus eigener erfahrung?
Was sind die Teile eines Atoms?
Alle Atome enthalten mindestens einen Proton, wobei die Protonenzahl die Identität eines Elements bestimmt. Ein Element hat eine Ordnungszahl, die eindeutige Kennung, die mit der Protonenzahl und einem ein- oder zweibuchstabigen Symbol verbunden ist (z. B. Ca für Calcium, Elementnummer 20 im Periodensystem).
Im neutralen, ungeladenen Zustand hat jedes Atom die gleiche Anzahl von Elektronen ebenso wie Protonen. Elemente, die mit Helium beginnen, enthalten auch eine Reihe von Neutronen ähnlich der Protonenzahl und gewöhnlich geringfügig höher. Varianten von Elementen mit unterschiedlichen Neutronenzahlen werden als Isotope bezeichnet.
Protonen sind negativ geladen und werden mit Neutronen geclustert, um den Atomkern zu bilden. Die negativ geladenen Elektronen hingegen bewegen sich im Verhältnis zur Gesamtgröße des Atoms in beträchtlichen Abständen vom Atomkern, wie Sie im Detail sehen werden.
Welche Kräfte bestimmen die Atomgröße?
Atome zeichnen sich durch ihre enorme Menge an unbesetztem Raum aus, was eine scheinbar bizarre Beobachtung über etwas bereits so winziges ist. Der Atomradius ist normalerweise definiert als der Abstand vom Zentrum des Kerns zum äußersten Elektronenorbital. In diesem Sinne kann ein Atom grafisch als kreisförmig dargestellt werden, wobei der Kern im Zentrum steht und die äußerste Elektronenschale den Kreisbogen bildet.
Wenn Sie sich entlang einer Reihe von links nach rechts bewegen, erhöhen sich die Protonenzahl und die Elektronenzahl mit jeder Elementänderung um eins. Da die Elektronen jedoch aufgrund der Regeln der Elektronenorbitalfüllung gestreut hinzugefügt werden, während die wachsende positive Ladung von der Kern bleibt auf einem kleinen Raum konzentriert, die Elektronen werden näher an den Kern herangezogen, bis die Edelgase jeweils in Periode 18 18 Reihe.
Dann, mit einem Sprung in die nächste Reihe, befinden sich die äußersten Elektronen der Atome in einem völlig neuen Energieniveau, wodurch der Atomradius erheblich vergrößert wird. Dann nehmen die Radien wie zuvor entlang der neuen Reihe im Periodensystem ab.
Wie groß ist der Atomkern?
Es gibt keine formale Formel für den Atomradius, die auf alle Atome anwendbar ist, aber bei kovalent gebundenen Atomen kann der Radius geschätzt werden, indem der Abstand zwischen den Atomkernen durch zwei geteilt wird.
Atomradien werden im Allgemeinen durch Experimentieren und Subtraktion bestimmt. Wenn der Radius eines Atoms bekannt ist (z. B. Kalzium, etwa 178 Pikometer oder pm, gleich 1,78 10–10 m) und der Abstand zwischen den Kernen eines Calciumselenid(CaSe)-Moleküls 278 pm beträgt, kann man 178 von 278 subtrahieren, um den Radius eines Selenatoms (100 pm) vernünftig abzuschätzen.
In Bezug auf reale Analogien bezieht sich eine klassische Größe eines Atomvergleichs auf ein Sportstadion. Das Radius des Kerns selbst geht es nur um 1 × 10–15 ich Unabhängig vom Element und in einem typischen Atom wäre das äußerste Elektron in der Nähe eines Fußballfelds oder etwa 100 m entfernt.
Atom-Größentabelle
Eine Grafik mit den ungefähren Werten der ersten 86 Elemente des Periodensystems finden Sie in den Ressourcen. Diese variieren von etwa 40 pm für Wasserstoff bis etwa 240 pm für Cäsium.