مسابقه 258
یکی از سوالات متداول و جالب المپیادها همواره در مورد مبحث شعاع اتمی بوده. در این مسابقه ابتدا توضیحاتی مختصر درباره این مبحث خواهیم داد و سپس یکی از سوالات المپیاد شیمی 2012 آمریکا را برایتان مطرح خواهیم کرد که امیدواریم همه شما دوستان عزیز پاسخ صحیح را برای ما در بخش پاسخ دهید بنویسید.
شعاع اتمی یک عنصر شیمیایی یک مقیاس برای اندازه اتم است، که معمولا به معنای فاصله معمولی از هسته تا مرز ابر الکترونی احاطه کننده هسته است. به این دلیل که مرز یک وجود فیزیکی درست تعریف شده نیست، تعاریف غیر مساوی مختلفی از شعاع اتمی موجود است. سه تعریف گسترده شعاع اتمی عبارتند از شعاع واندروالس، شعاع یونی، و شعاع کووالانسی.
بسته به تعریف، این مفهوم می‌تواند برای اتم‌های تک، یا همچنین اتم‌ها در ماده چگال، با پیوند کووالانسی در مولکول، یا حالت‌های یونیزه و برانگیخته استفاده شود؛ و مقدار آن می‌تواند توسط اندازه‌گیری تجربی بدست آید یا توسط مدل‌های تئوری محاسبه شود. بر اساس بعضی از تعاریف، اندازه شعاع وابسته می‌شود به حالت و مفهوم اتم.
الکترون‌ها دارای مدارهای مشخص یا محدوده‌های دقیقا مشخص نیستند. بنابراین ، مکان آن‌ها به شکل توزیع احتمال باید محاسبه شود که با دور شدن از هسته، توزیع احتمال به تدریج کمتر می‌شود. علاوه بر این، در ماده و مولکول چگال، ابرهای الکترونی اتم‌ها معمولا به مقدار زیاد روی هم می‌افتند، و بعضی از الکترون‌ها در یک محدوده گسترده که شامل دو یا تعداد بیشتری اتم می‌شود در گردش هستند.
تحت شرایط بیشتر تعاریف، شعاع یک اتم تنها، دارای محدوده بین 30 تا 300 پیکومتر (pm) یا بین 0.3 و 3 انگستروم است. بنابراین، شعاع اتمی بیش از 10000 برابر شعاع هسته آن اتم (1_10 fm) است (فمتومتر=fm)، و کمتر از 1/1000 طول موج نور مرئی (400_700 nm).
برای بسیاری از اهداف، اتم‌ها می‌توانند به شکل کره مدل سازی شوند. این امر تنها یک تخمین خام است، اما می‌تواند توضیحات مقداری و پیشبینی‌هایی برای پدیده‌های زیادی را توجیح کند، مانند چگالی مایعات و جامدات، شکافت مایعات از طریق الک مولکولی (molecular sieves)، آرایش اتم‌ها و یون‌ها در بلورها، و اندازه و شکل مولکول‌ها.
شعاع اتمی در جدول تناولی عناصر بصورت قابل پیش بینی و قابل توضیح تغییر می‌کند. برای نمونه، شعاع اتمی عموما در طول یک تناوب، از فلزهای قلیایی تا گازهای نجیب کاهش می‌یابد؛ و در طول هر گروه افزایش می‌یابد. شعاع بین هر گاز نجیب انتهای تناوب و فلز قلیایی تناوب بعدی آن به شدت افزایش می‌یابد. این تغییرات شعاع اتمی می‌تواند توسط نظریه لایه الکترونی اتم قابل توجیه است؛ این نظریه یک شاهد بسیار مهم برای گسترش و اثبات نظریه کووانتومی بود.
تاریخچه
در سال 1920، کمی بعد از اینکه امکان تخمین اندازه اتم توسط کریستالوگرافی اشعه X محیا شد، حدس زده شد که تمامی اتم‌های از یک نوع عنصر دارای شعاع اتمی یکسان هستند. البته، در سال 1923، وقتی اطلاعات بلور بیشتری بدست آمد، یافته شد که تقریب یک اتم بعنوان یک کره لزوما همیشه اندازه‌ی ثابتی برای اتم در ساختارهای بلوری مختلف ندارد.
امیدوارم با توضیحات بالا و اطلاعات خودتان به راحتی بتوانید به سوال زیر یکی از سوالات المپیاد شیمی 2012 آمریکا می‌باشد، پاسخ دهید.
کدام اتم بزرگترین شعاع اتمی را دارد؟
1. S
2. Cl
3. Se
4. Br