رفتار عنصرها و شعاع اتم

رفتارهای فیزیكی فلزها شامل داشتن جلا، رسانایی الكتریكی و گرمایی، خاصیت چكش خواری، شكل پذیری (مانند قابلیت ورقه و مفتول شدن) و... است. در حالی كه رفتار شیمیایی فلزها به میزان توانایی اتم آنها به از دست دادن الكترون وابسته است. هر چه اتم فلزی در شرایط معین آسان تر الكترون از دست بدهد، خصلت فلزی بیشتری دارد و فعالیت شیمیایی آن بیشتر است. روندهای تناوبی در جدول بر اساس كمیت های وابسته به اتم قابل توضیح است. یكی از این كمیت ها، شعاع اتمی است. در شیمی دهم آموختید كه مطابق مدل کوانتومی، اتم را مانند كره ای در نظر می گیرند كه الكترون ها پیرامون هسته و در لایه های الكترونی در حال حركت اند. بنابراین می توان برای هر اتم شعاعی در نظر گرفت و آن را اندازه گیری كرد. بدیهی است که شعاع اتم های مختلف، یكسان نیست و هرچه شعاع یک اتم بزرگتر باشد، اندازۀ آن اتم نیز بزرگتر است.

آیا میان شعاع اتم ها و خصلت فلزی یا نافلزی آنها رابطه ای هست؟ اكنون با انجام دادن فعالیت صفحه بعد به رابطه بین خصلت فلزی و نافلزی با شعاع اتم پی می برید.

الف) با توجه به جایگاه عنصرهای لیتیم، سدیم و پتاسیم (فلزهای قلیایی) در جدول دوره ای، پیشبینی كنید در واكنش با گاز كلر، اتم های كدام یک آسان تر الكترون از دست خواهد داد؟ چرا؟

پتاسیم، زیرا در گروه پایین تر است و خصلت فلزی یعنی تمایل به از دست دادن الکترون بیشتری دارد و در نتیجه آسان تر الکترون می دهد.

ب) تصویر بالا واكنش این فلزها با گاز كلر را در شرایط یکسان نشان می دهد. آیا داده های این تصویر پیشبینی شما را تأیید می كند؟

بله . در تصویر، (شدت واکنش) بر اساس شدت نور برای پتاسیم بیشتر است .

ج) به نظر شما آیا جملۀ (هرچه شعاع اتمی یک فلز بزرگ تر باشد، آسان تر الكترون از دست می دهد) درست است؟ چرا؟

بله شعاع اتمی پتاسیم بزرگ تر از سدیم و لیتیم است و طبق تصویر بالا واکنش پذیری آن نیز بیشتر است. بنابراین با بزرگتر شدن اندازه اتم ، خاصیت فلزی بیشتر و تمایل به از دست دادن الکترون بیشتر می شود. با بزرگتر شدن اتم جاذبه هسته بر روی الکترون کم تر می شود.

با توجه به جدول زیر، پیشبینی كنید اتم كدام یک از فلزهای گروه دوم (فلزهای قلیایی خاکی) جدول دوره ای در واكنش با نافلزها، آسان تر به كاتیون \({M^{2 + }}\) تبدیل می شود. چرا؟

(استرانسیم) چون شعاع اتمی بزرگتری دارد پس تمایل به از دست دادن الکترون بیشتر است.

یكی دیگر از روندهای تناوبی، روند تغییر شعاع اتمی عنصرهای جدول دوره ای است. در یک گروه، از بالا به پایین شعاع اتمی افزایش می یابد، زیرا تعداد لایه های الكترونی بیشتر می شود. در حالی كه در یک دوره، شعاع اتمی عنصرها از چپ به راست كاهش می یابد؛ زیرا در یک دوره، تعداد لایه های الكترونی ثابت می ماند در حالی كه تعداد پروتون های هسته افزایش می یابد. با افزایش تعداد پروتون ها، نیروی جاذبه ای كه هسته به الكترون ها وارد می كند افزایش یافته و بدین ترتیب شعاع اتم كاهش می یابد.

نمودار تغییر شعاع اتمی در دوره سوم جدول دوره ای

نافلزها در واكنش های شیمیایی برخلاف فلزها متایل دارند با گرفتن الكترون به آنیون تبدیل شوند. برای مثال نافلزهای گروه 17 (هالوژن ها) با گرفتن یک الكترون به آنیون با یک بار منفی (یون هالید) تبدیل می شوند.

الف) پیش بینی کنید در شرایط یکسان کدام هالوژن واکنش پذیر تر است؟چرا؟

فلوئور F زیرا اندازه اتم کوچکتری دارد و تمایل آن برای گرفتن الکترون بیشتر است.

ب) توضیح دهید خصلت نافلزی با شعاع اتمی چه رابطه ای دارد؟

رابطه وارونه؛ هرچه شعاع اتمی نافلز کمتر باشد خصلت نافلزی آن یعنی تمایل به گرفتن الکترون، بیشتر است.

اگرچه همۀ فلزها در حالت های کلی رفتارهای مشابهی دارند، اما تفاوت های قابل توجهی میان آنها وجود دارد، به طوری كه هر فلز رفتارهای ویژۀ خود را دارد. برای نمونه، فلز سدیم نرم است و با چاقو بریده شده و به سرعت در هوا تیره می شود اما آهن فلزی محكم است و از آن برای ساخت در و پنجرۀ فلزی استفاده می شود. این فلز با اكسیژن در هوای مرطوب به كندی واكنش می دهد و به زنگ آهن تبدیل می شود. این در حالی است كه طلا در گذر زمان جالی فلزی خود را حفظ می كند و همچنان خوش رنگ و درخشان باقی می ماند. فلزهای دستۀ d نیز رفتاری شبیه فلزهای دستۀ s و p دارند. آنها نیز رسانای جریان الكتریكی و گرما هستند، چكش خوارند و قابلیت ورقه شدن دارند.