ขนาดไอออน

ขนาดไอออน

          เมื่อธาตุรวมตัวกับเป็นสารประกอบ อาจมีบางชนิดเสียอิเล็กตรอนไป กลายเป็นไอออนบวก เช่น ธาตุโลหะ และบางชนิดรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามา ทำให้กลายเป็นไอออนลบ เช่น ธาตุโลหะ การที่อะตอมเปลี่ยนเป็นไอออน ทำให้ขนาดเปลี่ยนแปลงไปจากเดิม ซึ่งสรุปโดยทั่วไปได้ดังนี้

          ก. ไอออนบวก หรือ ไอออนของโลหะ จะมีขนาดเล็กลงเมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมเดิม เนื่องจากโลหะเมื่อเสียอิเล็กตรอน กลายเป็นไอออนบวก ระดับพลังงานลดลง ขนาดจึงเล็กลง

          เช่น     Na  2,  8,  1   มีรีศมีอะตอม   190  pm

                   Na⁺ 2,  8       มีรัศมีไอออน    98   pm

          ข. ไอออนลบหรือไอออนของอโลหะ จะมีขนาดใหญ่ขึ้นเมื่อเปรียบเทียบกับอะตอมเดิม เนื่องจากอโลหะเมื่อรับอิเล็กตรอนเพิ่มเข้ามาทำให้แรงดึงดูดระหว่าง อิเล็กตรอนกับนิวเคลียส ลดลง ขนาดจึงใหญ่ขึ้น

          เช่น     Cl    2,  8,  7  มีรัศมีอะตอม    99  pm

                   Cl^-   2,  8,  8   มีรัศมีไอออน   181  pm

สมบัติของธาตุในตาราง

สมบัติต่างๆ ของธาตุที่จะศึกษาในที่นี้ได้แก่สมบัติเกี่ยวกับขนาดอะตอม ขนาดไอออน พลังงานไอออนไนเซชัน จุดหลอมเหลว จุดเดือด และอิเล็กโทรเนกาติวิตี โดยศึกษาถึงแนวโน้มของการเปลี่ยนแปลงว่ามีความสัมพันธ์กับตารางธาตุ ตามหมู่และคาบอย่างไร 

ขนาดอะตอม

          ขนาดอะตอมหาได้จากเทคนิคทาง x-ray diffraction และ microwave spectroscopy

          ถ้าอะตอมเรียงตัวอย่างมีระเบียบแบบชิดกันมากที่สุด ขนาดของอะตอมจะหาได้จากความสัมพันธ์ ดังนี้

                   ขนาดของ  1  อะตอม   =   

                   ปริมาตรของ  1  โมล    =  

          จากแบบจำลองอะตอมแบบกลุ่มหมอก อะตอมมีขอบเขตที่ไม่แน่นอน ระยะระหว่างนิวเคลียสถึงผิวอะตอมมีค่าไม่คงที่ ทำให้หาขนาดของอะตอมที่แท้จริงไม่ได้ จากแบบจำลองของอะตอมตามทฤษฎีของโบร์ อิเล็กตรอนในไฮโดรเจนอะตอมอาจมีพลังงานได้หลายค่า ขนาดอะตอมของไฮโดรเจนจึงขึ้นอยู่กับว่าอิเล็กตรอนอยู่ในระดับพลังงานใด ถ้าอยู่ในระดับพลังงานสูง จะอยู่ห่างจากนิวเคลียสมาก ขนาดอะตอมจะใหญ่ และถ้าอยู่ในระดับพลังงานต่ำ จะอยู่ใกล้นิวเคลียส ขนาดอะตอมจะเล็ก ดังนั้นจึงทำให้หาขนาดของอะตอมที่แท้จริงไม่ได้

          ในทางปฏิบัตินิยมบอกขนาดอะตอมด้วยรัศมีอะตอม โดยพิจารณาจากเส้นผ่านศูนย์กลางของโมเลกุลอะตอมคู่ หรือ อะตอม 2 อะตอมที่อยู่ชิดกัน โดยแบ่งรัศมีอะตอมเป็น  3  ประเภท

          ก. รัศมีโลหะ (metallic radii) เนื่องจากโลหะมีการจัดเรียงอะตอมแบบชิดกัน รัศมีอะตอมโลหะจึงหาได้จากความยาวพันธะโลหะหารด้วย 2  หรือระยะระหว่างนิวเคลียสของโลหะ 2 อะตอมหารด้วย 2

            ข. รัศมีโคเวเลนต์ (covalent radii) ได้จากความยาวของพันธะโคเวเลนต์หารด้วย 2 หรือ ระยะระหว่างนิวเคลียสของอะตอม 2 อะตอมที่ยึดเหนี่ยวกันด้วยพันธะโคเวเลนต์หารด้วย 2

                   เช่น ความยาวพันธะของ  Cl - Cl    =   198 พิโคเมตร (pm)

                   เพราะฉะนั้นรัศมีโคเวเลนต์ของ   Cl =   198/2    =  99  พิโคเมตร

          ค.  รัศมีวันเดอร์วาลส์ (van der wall radii)  ได้จากความยาวระหว่างนิวเคลียสของอโลหะ 2 อะตอม ที่ไม่เกิดพันธะกันหารด้วย 2

                   เช่น รัศมีวันเดอร์วาลส์ของ  Cl   =  155  พิโกเมตร

  

          จะเห็นได้ว่าโลหะมีรัศมีอะตอมชนิดเดียวคือ รัศมีโลหะ แต่อโลหะมีรัศมีอะตอม 2 ชนิดคือ รัศมีโคเวเลนต์และรัศมีวันเดอร์วาลส์ ซึ่งในอะตอมชนิดเดียวกันรัศมีวันเดอร์วาลส์จะยาวกว่ารัศมีโคเวเลนต์

ตารางที่ 7.1 เปรียบเทียบความยาวของรัศมีอะตอมระหว่างรัศมีโคเวเลนต์

และรัศมีวันเดอร์วาลส์ของโลหะบางชนิด

ธาตุ	ความยาวของ
	รัศมีโคเวเลนต์ (pm)	รัศมีวันเดอร์วาลส์ (pm)
H O Cl P S	37 73 99 110 104	120 140 155 180 190

          ดังนั้นการกล่าวถึงรัศมีอะตอมจึงควรอ้างถึงด้วยว่าเป็นรัศมีอะตอมชนิดใด และการเปรียบเทียบขนาดอะตอมจะต้องใช้รัศมีอะตอมประเภทเดียวกันด้วย อย่างไรก็ตามการบอกค่ารัศมีอะตอมโดยทั่วไป จะหมายถึง รัศมีโคเวเลนต์ซึ่งรัศมีโคเวเลนต์สามารถหาได้จาก ความยาวของพันธะโคเวเลนต์ดังกล่าวมาแล้ว และถ้าตั้งสมมติฐานว่ารัศมีของอะตอมหนึ่งๆ ในโมเลกุลใดๆ มีค่าเท่ากัน จะสามารถหารัศมีอะตอมของธาตุต่างๆ ได้ เช่น

          ก. ในโมเลกุลไฮโดรเจน

                   ความยาวพันธะของ  H - H  =  72  pm

                   เพราะฉะนั้นรัศมีอะตอมของ H    =  74/2   =  37  pm

          ข.  ในโมเลกุล  HCl

                   ความยาวพันธะของ  H-Cl  =  136  pm

                   รัศมีอะตอมของ H      =  37  pm (จาก ข้อ ก.)

                   เพราะฉะนั้นรัศมีอะตอมของ Cl  =  137 - 37  =  99  pm

          ค. ในโมเลกุล  CCl₄

                   ความยาวพันธะของ  C-Cl  =  176  pm

                   รัศมีอะตอมของ Cl      =  99  pm (จาก ข้อ ข.)

                   เพราะฉะนั้นรัศมีอะตอมของ C  =  176 - 99  =  77  pm