原子半径收缩的分区特征及其成因与意义探讨.pdf

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1、·446·化学世界2012芷阐述。实际上，元素原子半径的变化规律，不仅表现出横向的周期内特征、纵向的族内特征，还显现出鲜原子半径收缩的分区特征明的分区特征。这些鲜明的分区特征．是由其内在及其成因与意义探讨的原子结构变化特点所决定的，并给元素性质的特殊表现和变化带来了广泛影响。张文广1原子半径收缩的分区特征、(上饶师范学院化学化工学院，江西上饶334001)表l是不同周期中各区一些相邻元素的原子半径值。为增强可比性，表中的数据是共价半径值。大学无机化学教材对元素原子半径变化规律的讨论，大多笼统地按周期和族的变化趋势来分析

2、和裹1不同周期中各区相邻元素共价半径值的比较Ⅲ从表l可以看出，同周期元素从左至右，随着原面各组的外组，前面各组可看作是后面各组的内子序数的增加，s区元素相邻原子间收缩幅度(txr)组)．最大jP区次之，d区又次之，，区元素收缩幅度(2)外组电子对内组电子无屏蔽作用，口≈o．最小。(3)同组电子问的仃≈0．35(但lj组内盯≈’同是相邻元素，原子半径为什么会出现这种收0．30)。缩幅度大不一样的情况呢?归根到底，这是由原子(4)若讨论的是(ns。np)组的电子，则(矿1)电结构中电子排布状况特点所决定的。子层中每个电子对

3、它的d≈o．85，(n-2)层及更内层2原子半径收缩呈现分区特征的成因分析的每个电子对它的移1．00．原子和离子半径的大小，主要取决于原子或离(5)若讨论的是(nd)或(挖，)组的电子，则内组子最高能级中电子的主量子数和其所经受的有效核每个电子对它的盯≈1．00。电荷的引力大小。对同一周期的同一分区元素，其从Slater规则可以看出l最高能级电子的主量子数相同，因此原子半径的差对于同周期的s区和P区元素，随着核电荷的别主要是由作用于该电子的有效核电荷来决定的。增加，电子依次填入最外层的r／$或玎p轨道，它们对在多电子原

4、子中，每个电子除了受到原子核对原子核的屏蔽作用最／b(a≈0．35。这是外层s,p电它的吸引作用外，还受到其他电子对它的排斥作用。子相互屏蔽的平均近似值，其中电子云球形分布、紧根据中心势场模型，每个电子都处在原子核和其他密结实的715电子应稍大于0．35，电子云纺锤形分电子所构成的平均势场中运动，它受到其他电子的布、较为松散的矽电子应稍小于0．35)，因而原子排斥作用相当于抵消了一部分核电荷对它的吸引作核作用于最高能级电子的有效核电荷Z。显著增用，因此，原子核作用于指定电子的有效核电荷加，从而导致原子半径显著减小。z：

5、=Z-a对于d区元素，随着核电荷的增加。电子依次填式中口称为屏蔽常数，它代表所有其他电子对人次外层的(n-1)d轨道，相对于最外层电子而言，指定电子￡的屏蔽作用，即对核电荷吸引作用的抵次外层电子对原子核的屏蔽作用较大(口≈0．85。这消部分，其大小与屏蔽电子的数目及其所处的轨道是次外层电子对外层电子屏蔽常数的平均近似值，大小和形状有关。在精度要求不高的情况下，叮值其中电子云分布较紧密结实的(n-1)s、(rrl)p电子可用Slater规则心1计算：应稍大于0．85，较松散的(n-1)d电子应稍小于(1)将电子按照由内层

6、向外层的次序分组。0．85)，因而原子核作用于最高能级电子的有效核电(1s)，(2s，2p)，(3s，3p)，(3d)，(4s，4p)，(4d)，荷Z。增加较少，从而导致原子半径收缩较小．(4，)，(5s，5p)⋯(从前至后，后面各组可看作是前对于．厂区元素，随着核电荷的增加，电子依次填第7期化学世界入倒数第三层的(n-2)f轨道，相对于最外层和次外因而原子核作用于最高能级电子的有效核电荷Z。层电子而言，倒数第三层电子对原子核的屏蔽作用增加更少，因而导致原子半径收缩更小。更大(d≈1．OO。这是平均近似值，其中电子云分

7、布以第6周期元素为例，各区相邻元素半径收缩更紧密结实的(rr2)s、(tr2)p电子更接近1．oO，较松情况的因果逻辑关系分析对比如下。见表2^散的(rr2)d电子、尤其是(rr2)f电子要小于1．00)，表2第6周期s．d、f各区相邻元素半径收缩情况因果关系的对比分析3原子半径收缩体现分区特征的意义和影响等8种元素)的累积收缩值却很可观，由Sc过渡到原子半径收缩体现出来的分区特征是主族元素Ga时，原予半径已收缩很大。达18pro。可以说正是(即s、P区元素)性质各异、过渡元素(即d区元素)由于钪系收缩的累积效应或累计

8、幅度，才导致第4性质相近、内过渡元素(即，区元素)性质极为相似与第3周期P区元素原子半径的接近。的根本原因，同时，它也是周期系中很多元素性质变3．1．2导致钪系后元素电负性值大于同族相邻化表现出特殊性的内在原因。下面仅就d、f区收元素缩的意义和影响作一讨论。元素的电负性是元素的原子在分子中吸引电子3．1d区收缩的意义和影响(以钪系