Radio iónico

radio de un ion atómico en cristales

Tipos de radios
Radio atómico Radio iónico Radio covalente Radio metálico Radio de Van der Waals
v t mi

Radio iónico , r _ion , es el radio de un monoatómico ion en un cristal iónico estructura. Aunque ni los átomos ni los iones tienen límites definidos, a veces se tratan como si fueran esferas duras con radios tales que la suma de los radios iónicos del catión y el anión da la distancia entre los iones en una red cristalina . Los radios iónicos se dan típicamente en unidades de picómetros (pm) o angstroms (Å), con 1 Å = 100 pm. Los valores típicos oscilan entre 31 pm (0,3 Å) y más de 200 pm (2 Å).

El concepto puede extenderse a iones solvatados en soluciones líquidas teniendo en cuenta la capa de solvatación .

Tendencias

X -	NaX	AgX
F	464	492
Cl	564	555
Br	598	577
Parámetros de celda unitaria (en pm , igual a dos longitudes de enlace M – X) para haluros de sodio y plata. Todos los compuestos cristalizan en la estructura de NaCl .

Radios relativos de átomos e iones. Los átomos neutros son de color gris, los cationes rojos y los aniones azules .

Los iones pueden ser más grandes o más pequeños que el átomo neutro, dependiendo de la carga eléctrica del ión . Cuando un átomo pierde un electrón para formar un catión, los otros electrones se sienten más atraídos por el núcleo y el radio del ion se hace más pequeño. De manera similar, cuando se agrega un electrón a un átomo, formando un anión, el electrón agregado aumenta el tamaño de la nube de electrones por repulsión interelectrónica.

El radio iónico no es una propiedad fija de un ion dado, sino que varía con el número de coordinación , el estado de giro y otros parámetros. No obstante, los valores del radio iónico son suficientemente transferibles para permitir que se reconozcan las tendencias periódicas . Al igual que con otros tipos de radio atómico , los radios iónicos aumentan al descender un grupo . El tamaño iónico (para el mismo ion) también aumenta al aumentar el número de coordinación, y un ion en un estado de alto giro será más grande que el mismo ion en un estado de bajo giro . En general, el radio iónico disminuye al aumentar la carga positiva y aumenta al aumentar la carga negativa.

Un radio iónico "anómalo" en un cristal es a menudo un signo de carácter covalente significativo en la unión. Ningún enlace es completamente iónico, y algunos compuestos supuestamente "iónicos", especialmente de los metales de transición , son de carácter particularmente covalente. Esto se ilustra mediante los parámetros de la celda unitaria para haluros de sodio y plata en la tabla. Sobre la base de los fluoruros, se diría que Ag ⁺ es más grande que el Na ⁺ , pero sobre la base de los cloruros y bromuros parece ser lo contrario. ^[1]Esto se debe a que el mayor carácter covalente de los enlaces en AgCl y AgBr reduce la longitud del enlace y, por lo tanto, el radio iónico aparente de Ag ⁺ , un efecto que no está presente en los haluros del sodio más electropositivo , ni en el fluoruro de plata en el que el El ion fluoruro es relativamente despolarizable .

Determinación

La distancia entre dos iones en un cristal iónico se puede determinar mediante cristalografía de rayos X , que da las longitudes de los lados de la celda unitaria de un cristal. Por ejemplo, se encuentra que la longitud de cada borde de la celda unitaria de cloruro de sodio es 564.02 pm. Se puede considerar que cada borde de la celda unitaria de cloruro de sodio tiene los átomos dispuestos como Na ⁺ ∙∙∙ Cl ^- ∙∙∙ Na ⁺ , por lo que el borde es el doble de la separación de Na-Cl. Por lo tanto, la distancia entre el Na ⁺ y el Cl ^-iones es la mitad de 564.02 pm, que es 282.01 pm. Sin embargo, aunque la cristalografía de rayos X da la distancia entre los iones, no indica dónde está el límite entre esos iones, por lo que no da directamente los radios iónicos.

Vista frontal de la celda unitaria de un cristal LiI, utilizando los datos del cristal de Shannon (Li ⁺ = 90 pm; I ^- = 206 pm). Los iones de yoduro casi se tocan (pero no del todo), lo que indica que la suposición de Landé es bastante buena.

Landé ^[2] estimó los radios iónicos considerando cristales en los que el anión y el catión tienen una gran diferencia de tamaño, como LiI. Los iones de litio son mucho más pequeños que los iones de yoduro que el litio encaja en los agujeros dentro de la red cristalina, permitiendo que los iones de yoduro se toquen. Es decir, se supone que la distancia entre dos yoduros vecinos en el cristal es el doble del radio del ion yoduro, que se dedujo que es 214 pm. Este valor se puede utilizar para determinar otros radios. Por ejemplo, la distancia interiónica en RbI es 356 pm, lo que da 142 pm para el radio iónico de Rb ⁺ . De esta forma se determinaron los valores para los radios de 8 iones.

Wasastjerna estimó los radios iónicos considerando los volúmenes relativos de iones determinados a partir de la polarización eléctrica determinada por las mediciones del índice de refracción . ^[3] Estos resultados fueron ampliados por Victor Goldschmidt . ^[4] Tanto Wasastjerna como Goldschmidt utilizaron un valor de 132 pm para el ión O ²⁻ .

Pauling utilizó una carga nuclear eficaz para proporcionar la distancia entre los iones en radios aniónicos y catiónicos. ^[5] Sus datos dan al ion O ²⁻ un radio de 140 pm.

Una importante revisión de los datos cristalográficos condujo a la publicación de radios iónicos revisados ​​por Shannon. ^[6] Shannon da diferentes radios para diferentes números de coordinación y para estados de giro alto y bajo de los iones. Para ser coherente con los radios de Pauling, Shannon ha utilizado un valor de _ión r (O ²⁻ ) = 140 pm; los datos que utilizan ese valor se denominan radios iónicos "efectivos". Sin embargo, Shannon también incluye datos basados en r _ion (O ^2- ) = 126 pm; los datos que utilizan ese valor se denominan radios iónicos "cristalinos". Shannon afirma que "se cree que los radios de los cristales se corresponden más estrechamente con el tamaño físico de los iones en un sólido". ^[6] Los dos conjuntos de datos se enumeran en las dos tablas siguientes.

Radios iónicos cristalinos en pm de elementos en función de carga iónica y espín
( ls = espín bajo, hs = espín alto).
Los iones tienen 6 coordenadas a menos que se indique lo contrario entre paréntesis
(por ejemplo, 146 (4) para 4 coordenadas N ³⁻ ). ^[6]

Número	Nombre	Símbolo	3–	2–	1–	1+	2+	3+	4+	5+	6+	7+	8+
1	Hidrógeno	H			208	−4 (2)
3	Litio	Li				90
4	Berilio	Ser					59
5	Boro	B						41
6	Carbón	C							30
7	Nitrógeno	norte	132 (4)					30		27
8	Oxígeno	O		126
9	Flúor	F			119							22
11	Sodio	N / A				116
12	Magnesio	Mg					86
13	Aluminio	Alabama						67,5
14	Silicio	Si							54
15	Fósforo	PAG						58		52
dieciséis	Azufre	S		170					51		43
17	Cloro	Cl			167					26 (3 años)		41
19	Potasio	K				152
20	Calcio	California					114
21	Escandio	Carolina del Sur						88,5
22	Titanio	Ti					100	81	74,5
23	Vanadio	V					93	78	72	68
24	Cromo ls	Cr					87	75,5	69	63	58
24	Cromo hs	Cr					94
25	Manganeso ls	Minnesota					81	72	67	47 (4)	39,5 (4)	60
25	Manganeso hs	Minnesota					97	78,5
26	Hierro ls	Fe					75	69	72,5		39 (4)
26	Hierro hs	Fe					92	78,5
27	Cobalto ls	Co					79	68,5
27	Cobalto hs	Co					88,5	75	67
28	Níquel ls	Ni					83	70	62
28	Níquel hs	Ni						74
29	Cobre	Cu				91	87	68 ls
30	Zinc	Zn					88
31	Galio	Georgia						76
32	Germanio	Ge					87		67
33	Arsénico	Como						72		60
34	Selenio	Se		184					64		56
35	Bromo	Br			182			73 (4 pies cuadrados)		45 (3 años)		53
37	Rubidio	Rb				166
38	Estroncio	Sr					132
39	Itrio	Y						104
40	Circonio	Zr							86
41	Niobio	Nótese bien						86	82	78
42	Molibdeno	Mes						83	79	75	73
43	Tecnecio	Tc							78,5	74		70
44	Rutenio	Ru						82	76	70,5		52 (4)	50 (4)
45	Rodio	Rh						80,5	74	69
46	Paladio	Pd				73 (2)	100	90	75,5
47	Plata	Ag				129	108	89
48	Cadmio	CD					109
49	Indio	En						94
50	Estaño	Sn							83
51	Antimonio	Sb						90		74
52	Telurio	Te		207					111		70
53	Yodo	I			206					109		67
54	Xenón	Xe											62
55	Cesio	Cs				181
56	Bario	Licenciado en Letras					149
57	Lantano	La						117,2
58	Cerio	Ce						115	101
59	Praseodimio	Pr						113	99
60	Neodimio	Dakota del Norte					143 (8)	112,3
61	Prometeo	Pm						111
62	Samario	Sm					136 (7)	109,8
63	Europio	UE					131	108,7
64	Gadolinio	Di-s						107,8
sesenta y cinco	Terbio	Tuberculosis						106,3	90
66	Disprosio	Dy					121	105,2
67	Holmio	Ho						104,1
68	Erbio	Er						103
69	Tulio	Tm					117	102
70	Iterbio	Yb					116	100,8
71	Lutecio	Lu						100,1
72	Hafnio	Hf							85
73	Tantalio	Ejército de reserva						86	82	78
74	Tungsteno	W							80	76	74
75	Renio	Re							77	72	69	67
76	Osmio	Os							77	71,5	68,5	66,5	53 (4)
77	Iridio	Ir						82	76,5	71
78	Platino	Pt					94		76,5	71
79	Oro	Au				151		99		71
80	Mercurio	Hg				133	116
81	Talio	Tl				164		102,5
82	Dirigir	Pb					133		91,5
83	Bismuto	Bi						117		90
84	Polonio	Correos							108		81
85	Astatine	A										76
87	Francio	P.				194
88	Radio	Real academia de bellas artes					162 (8)
89	Actinio	C.A						126
90	Torio	Th							108
91	Protactinio	Pensilvania						116	104	92
92	Uranio	U						116,5	103	90	87
93	Neptunio	Notario público					124	115	101	89	86	85
94	Plutonio	Pu						114	100	88	85
95	Americio	Soy					140 (8)	111,5	99
96	Curio	Cm						111	99
97	Berkelio	Bk						110	97
98	Californio	Cf						109	96,1
99	Einstenio	Es						92,8 [7]

Radios iónicos efectivos en pm de elementos en función de carga iónica y espín
( ls = espín bajo, hs = espín alto).
Los iones tienen 6 coordenadas a menos que se indique lo contrario entre paréntesis
(por ejemplo, 146 (4) para 4 coordenadas N ³⁻ ). ^[6]

Número	Nombre	Símbolo	3–	2–	1–	1+	2+	3+	4+	5+	6+	7+	8+
1	Hidrógeno	H			139,9	−18 (2)
3	Litio	Li				76
4	Berilio	Ser					45
5	Boro	B						27
6	Carbón	C							dieciséis
7	Nitrógeno	norte	146 (4)					dieciséis		13
8	Oxígeno	O		140
9	Flúor	F			133							8
11	Sodio	N / A				102
12	Magnesio	Mg					72
13	Aluminio	Alabama						53,5
14	Silicio	Si							40
15	Fósforo	PAG	212 [8]					44		38
dieciséis	Azufre	S		184					37		29
17	Cloro	Cl			181					12 (3 años)		27
19	Potasio	K				138
20	Calcio	California					100
21	Escandio	Carolina del Sur						74,5
22	Titanio	Ti					86	67	60,5
23	Vanadio	V					79	64	58	54
24	Cromo ls	Cr					73	61,5	55	49	44
24	Cromo hs	Cr					80
25	Manganeso ls	Minnesota					67	58	53	33 (4)	25,5 (4)	46
25	Manganeso hs	Minnesota					83	64,5
26	Hierro ls	Fe					61	55	58,5		25 (4)
26	Hierro hs	Fe					78	64,5
27	Cobalto ls	Co					sesenta y cinco	54,5
27	Cobalto hs	Co					74,5	61	53
28	Níquel ls	Ni					69	56	48
28	Níquel hs	Ni						60
29	Cobre	Cu				77	73	54 ls
30	Zinc	Zn					74
31	Galio	Georgia						62
32	Germanio	Ge					73		53
33	Arsénico	Como						58		46
34	Selenio	Se		198					50		42
35	Bromo	Br			196			59 (4 pies cuadrados)		31 (3 años)		39
37	Rubidio	Rb				152
38	Estroncio	Sr					118
39	Itrio	Y						90
40	Circonio	Zr							72
41	Niobio	Nótese bien						72	68	64
42	Molibdeno	Mes						69	sesenta y cinco	61	59
43	Tecnecio	Tc							64,5	60		56
44	Rutenio	Ru						68	62	56,5		38 (4)	36 (4)
45	Rodio	Rh						66,5	60	55
46	Paladio	Pd				59 (2)	86	76	61,5
47	Plata	Ag				115	94	75
48	Cadmio	CD					95
49	Indio	En						80
50	Estaño	Sn					118 [9]		69
51	Antimonio	Sb						76		60
52	Telurio	Te		221					97		56
53	Yodo	I			220					95		53
54	Xenón	Xe											48
55	Cesio	Cs				167
56	Bario	Licenciado en Letras					135
57	Lantano	La						103,2
58	Cerio	Ce						101	87
59	Praseodimio	Pr						99	85
60	Neodimio	Dakota del Norte					129 (8)	98,3
61	Prometeo	Pm						97
62	Samario	Sm					122 (7)	95,8
63	Europio	UE					117	94,7
64	Gadolinio	Di-s						93,5
sesenta y cinco	Terbio	Tuberculosis						92,3	76
66	Disprosio	Dy					107	91,2
67	Holmio	Ho						90,1
68	Erbio	Er						89
69	Tulio	Tm					103	88
70	Iterbio	Yb					102	86,8
71	Lutecio	Lu						86,1
72	Hafnio	Hf							71
73	Tantalio	Ejército de reserva						72	68	64
74	Tungsteno	W							66	62	60
75	Renio	Re							63	58	55	53
76	Osmio	Os							63	57,5	54,5	52,5	39 (4)
77	Iridio	Ir						68	62,5	57
78	Platino	Pt					80		62,5	57
79	Oro	Au				137		85		57
80	Mercurio	Hg				119	102
81	Talio	Tl				150		88,5
82	Dirigir	Pb					119		77,5
83	Bismuto	Bi						103		76
84	Polonio	Correos		223 [10]					94		67
85	Astatine	A										62
87	Francio	P.				180
88	Radio	Real academia de bellas artes					148 (8)
89	Actinio	C.A						112
90	Torio	Th							94
91	Protactinio	Pensilvania						104	90	78
92	Uranio	U						102,5	89	76	73
93	Neptunio	Notario público					110	101	87	75	72	71
94	Plutonio	Pu						100	86	74	71
95	Americio	Soy					126 (8)	97,5	85
96	Curio	Cm						97	85
97	Berkelio	Bk						96	83
98	Californio	Cf						95	82,1
99	Einstenio	Es						83,5 [7]

Modelo de esfera blanda

Radios iónicos de esfera blanda (en pm) de algunos iones

Catión, M	R M	Anión, X	R X
Li +	109,4	Cl -	218,1
Na +	149,7	Br -	237,2

Para muchos compuestos, el modelo de iones como esferas duras no reproduce la distancia entre iones , con la precisión con la que se puede medir en cristales. Un enfoque para mejorar la precisión calculada es modelar los iones como "esferas blandas" que se superponen en el cristal. Debido a que los iones se superponen, su separación en el cristal será menor que la suma de sus radios de esfera blanda. ^[11]${\displaystyle {d_{mx}}}$

La relación entre los radios iónicos de esfera blanda, y , y , está dada por${\displaystyle {r_{m}}}$${\displaystyle {r_{x}}}$${\displaystyle {d_{mx}}}$

${\displaystyle {d_{mx}}^{k}={r_{m}}^{k}+{r_{x}}^{k}}$,

donde es un exponente que varía con el tipo de estructura cristalina. En el modelo de esfera dura, sería 1, dando . ${\displaystyle k}$${\displaystyle k}$${\displaystyle {d_{mx}}={r_{m}}+{r_{x}}}$

Comparación entre las separaciones de iones observadas y calculadas (en pm)

MX	Observado	Modelo de esfera blanda
LiCl	257.0	257,2
LiBr	275,1	274,4
NaCl	282.0	281,9
NaBr	298,7	298,2

En el modelo de esfera blanda, tiene un valor entre 1 y 2. Por ejemplo, para cristales de haluros del grupo 1 con estructura de cloruro de sodio , un valor de 1,6667 da una buena concordancia con el experimento. Algunos radios iónicos de esfera blanda están en la tabla. Estos radios son mayores que los radios de cristal dados anteriormente (Li ⁺ , 90 pm; Cl ^- , 167 pm). Las separaciones interiónicas calculadas con estos radios dan una concordancia notablemente buena con los valores experimentales. Algunos datos se dan en la tabla. Curiosamente, no se ha dado ninguna justificación teórica para la ecuación que contiene .${\displaystyle k}$${\displaystyle k}$

Iones no esféricos

El concepto de radios iónicos se basa en el supuesto de una forma de ión esférico. Sin embargo, desde un punto de vista teórico de grupo, la suposición solo está justificada para los iones que residen en sitios de red cristalina de alta simetría como Na y Cl en halita o Zn y S en esfalerita . Se puede hacer una distinción clara, cuando se considera el grupo de simetría de puntos del sitio de celosía respectivo, ^[12] que son los grupos cúbicos O _h y T _d en NaCl y ZnS. Para iones en sitios de menor simetría, desviaciones significativas de su densidad electrónica.de forma esférica. Esto se aplica en particular a los iones en los sitios de la red de simetría polar, que son los grupos de puntos cristalográficos C ₁ , C _{1 h} , C _n o C _nv , n = 2, 3, 4 o 6. ^[13] Un análisis exhaustivo de la La geometría de enlace se llevó a cabo recientemente para compuestos de tipo pirita , donde los iones de calcógeno monovalentes residen en sitios de celosía C ₃ . Se encontró que los iones de calcógeno deben ser modelados por elipsoidales.distribuciones de carga con diferentes radios a lo largo del eje de simetría y perpendicular a él. ^[14]

Ver también

• Orbital atómico
• Radios atómicos de los elementos
• Ecuación nacida
• Radio covalente
• Potencial iónico
• Relación de radio iónico
• Electride
• Reglas de Pauling
• Radio de Stokes

Referencias

1. Sobre la base de los radios iónicos convencionales, Ag ⁺ (129 pm) es de hecho más grande que Na ⁺ (116 pm)
2. Landé, A. (1920). "Über die Größe der Atome" . Zeitschrift für Physik . 1 (3): 191-197. Código bibliográfico : 1920ZPhy .... 1..191L . doi : 10.1007 / BF01329165 . Archivado desde el original el 3 de febrero de 2013 . Consultado el 1 de junio de 2011 .
3. Wasastjerna, JA (1923). "Sobre los radios de los iones". Comm. Phys.-Math., Soc. Sci. Fenn . 1 (38): 1–25.
4. Goldschmidt, VM (1926). Geochemische Verteilungsgesetze der Elemente . Skrifter Norske Videnskaps — Akad. Oslo, (I) Mat. Natur. Este es un conjunto de libros de 8 volúmenes de Goldschmidt.
5. Pauling, L. (1960). La naturaleza del enlace químico (3ª ed.). Ithaca, Nueva York : Cornell University Press.
6. R. D. Shannon (1976). "Radios iónicos efectivos revisados ​​y estudios sistemáticos de distancias interatómicas en haluros y calcogenuros" . Un Acta Crystallogr . 32 (5): 751–767. Código Bibliográfico : 1976AcCrA..32..751S . doi : 10.1107 / S0567739476001551 .
7. R. G. Haire, RD Baybarz: "Identificación y análisis de sesquióxido de einsteinio por difracción de electrones", en: Revista de química inorgánica y nuclear , 1973 , 35  (2), S. 489-496; doi : 10.1016 / 0022-1902 (73) 80561-5 .
8. "Radio atómico y iónico" . Química LibreTexts .
9. "Radios metálicos, covalentes y iónicos (r)" . Químico cableado .
10. Shannon, RD (1976), "Radios iónicos efectivos revisados ​​y estudios sistemáticos de distancias interatómicas en haluros y calcogenuros", Acta Crystallogr. A , 32 (5): 751–67, Código Bib : 1976AcCrA..32..751S , doi : 10.1107 / S0567739476001551.
11. Lang, Peter F .; Smith, Barry C. (2010). "Radios iónicos para cristales de haluro, hidruro, fluoruro, óxido, sulfuro, seleniuro y telururo del Grupo 1 y del Grupo 2" . Transacciones de Dalton . 39 (33): 7786–7791. doi : 10.1039 / C0DT00401D . PMID 20664858 . 
12. H. Bethe (1929). "Termaufspaltung en Kristallen". Annalen der Physik . 3 (2): 133–208. Código Bibliográfico : 1929AnP ... 395..133B . doi : 10.1002 / yp.19293950202 .
13. M. Birkholz (1995). "Dipolos inducidos por campo cristalino en cristales heteropolares - I. concepto" . Z. Phys. B . 96 (3): 325–332. Código Bibliográfico : 1995ZPhyB..96..325B . CiteSeerX 10.1.1.424.5632 . doi : 10.1007 / BF01313054 . 
14. M. Birkholz (2014). "Modelado de la forma de los iones en cristales tipo pirita" . Cristales . 4 (3): 390–403. doi : 10.3390 / cryst4030390 .

Enlaces externos

• Soluciones Aqueous Symple Electrolytes, HL Friedman, Felix Franks