Van der Waals yarıçapı
| Element | yarıçap (Å) |
|---|---|
| Hidrojen | 1.2 (1.09) |
| Karbon | 1.7 |
| Azot | 1.55 |
| Oksijen | 1.52 |
| flor | 1.47 |
| Fosfor | 1.8 |
| Kükürt | 1.8 |
| Klor | 1.75 |
| Bakır | 1.4 |
| Bondi'nin derlemesinden alınan Van der Waals yarıçapı (1964).
| |
Bir atomun van der Waals yarıçapı, rw, başka bir atom için en yakın yaklaşımın mesafesini temsil eden hayali bir sert kürenin yarıçapıdır. 1910 Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan Johannes Diderik van der Waals'ın adını aldı, çünkü atomların sadece noktalar olmadığını tanıyan ve boyutlarının fiziksel sonuçlarını van der Waals durum denklemi ile gösteren ilk kişi oldu.
Van der Waals hacmi
Atomik hacim veya moleküler hacim olarak da adlandırılan van der Waals hacmi, Vw, van der Waals yarıçapıyla en doğrudan ilişkili olan atomik özelliktir. Tek bir atom (veya molekül) tarafından "işgal edilen" hacimdir. Van der Waals hacmi, van der Waals yarıçapları (ve moleküller için atomlar arası mesafeler ve açılar) biliniyorsa hesaplanabilir. Tek bir atom için, yarıçapı atomun van der Waals yarıçapı olan bir kürenin hacmidir:
- .
Bir molekül için, van der Waals yüzeyi tarafından çevrelenen hacimdir. Bir molekülün van der Waals hacmi her zaman kurucu atomların van der Waals hacimlerinin toplamından daha küçüktür: atomların kimyasal bağlar oluşturduklarında "üst üste geldiği" söylenebilir.
Bir atomun veya molekülün van der Waals hacmi ayrıca gazlar üzerinde deneysel ölçümlerle, özellikle van der Waals sabiti b, polarizasyon a veya molar refraktivite A'dan belirlenebilir. Her üç durumda da, makroskopik örneklerde ölçümler yapılır ve sonuçların molar miktar olarak ifade edilmesi normaldir. Tek bir atomun veya molekülün van der Waals hacmini bulmak için Avogadro sabiti NA'ya bölünmek gerekir.
Molar van der Waals hacmi, maddenin molar hacmi ile karıştırılmamalıdır. Genel olarak, normal laboratuvar sıcaklıklarında ve basınçlarında, bir gazın atomları veya molekülleri, gaz hacminin yaklaşık 1⁄1000'ini işgal eder, geri kalanı boş alandır. Bu nedenle, sadece atomlar veya moleküller tarafından işgal edilen hacmi sayan molar van der Waals hacmi, standart sıcaklık ve basınçta bir gaz için molar hacminden yaklaşık 1000 kat daha küçüktür.
Van der Waals yarıçapı
Aşağıdaki tabloda elementler için Van der Waals yarıçapları gösterilmektedir. Aksi belirtilmedikçe, veriler Wolfram Research, Inc.'den Mathematica'nın ElementData işlevi tarafından verilir. Değerler picometredir (pm veya 1×10−12 m). Yarıçap arttıkça kutunun gölgesi kırmızıdan sarıya değişir; gri veri eksikliğini gösterir.
| Grub (kolon) |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | |
| Periyot (satır ) |
|||||||||||||||||||
| 1 | H 110[1] or 120 |
He 140 | |||||||||||||||||
| 2 | Li 182 |
Be 153[2] |
B 192[2] |
C 170 |
N 155 |
O 152 |
F 147 |
Ne 154 | |||||||||||
| 3 | Na 227 |
Mg 173 |
Al 184[2] |
Si 210 |
P 180 |
S 180 |
Cl 175 |
Ar 188 | |||||||||||
| 4 | K 275 |
Ca 231[2] |
Sc |
Ti |
V |
Cr |
Mn |
Fe |
Co |
Ni 163 |
Cu 140 |
Zn 139 |
Ga 187 |
Ge 211[2] |
As 185 |
Se 190 |
Br 185 |
Kr 202 | |
| 5 | Rb 303[2] |
Sr 249[2] |
Y |
Zr |
Nb |
Mo |
Tc |
Ru |
Rh |
Pd 163 |
Ag 172 |
Cd 158 |
In 193 |
Sn 217 |
Sb 206[2] |
Te 206 |
I 198 |
Xe 216 | |
| 6 | Cs 343[2] |
Ba 268[2] |
* |
Hf |
Ta |
W |
Re |
Os |
Ir |
Pt 175 |
Au 166 |
Hg 155 |
Tl 196 |
Pb 202 |
Bi 207[2] |
Po 197[2] |
At 202[2] |
Rn 220[2] | |
| 7 | Fr 348[2] |
Ra 283[2] |
** |
Rf |
Db |
Sg |
Bh |
Hs |
Mt |
Ds |
Rg |
Cn |
Nh |
Fl |
Mc |
Lv |
Ts |
Og | |
| Lantanitler | * |
La |
Ce |
Pr |
Nd |
Pm |
Sm |
Eu |
Gd |
Tb |
Dy |
Ho |
Er |
Tm |
Yb |
Lu | |||
| Aktinit | ** |
Ac |
Th |
Pa |
U 186 |
Np |
Pu |
Am |
Cm |
Bk |
Cf |
Es |
Fm |
Md |
No |
Lr | |||
Belirleme yöntemleri
Van der Waals yarıçapları, gazların mekanik özelliklerinden (orijinal yöntem), kritik noktadan, kristallerdeki bağlanmamış atom çiftleri arasındaki atomik mesafe ölçümlerinden veya elektriksel veya optik özelliklerin ölçümlerinden (polarizasyon ve molar kırılma) belirlenebilir. Bu çeşitli yöntemler, van der Waals yarıçapı için benzer (1–2 Å, 100–200 pm) ancak aynı olmayan değerler verir. Van der Waals yarıçaplarının tablo değerleri, farklı deneysel değerlerin ağırlıklarını ortalaması alınarak elde edilir ve bu nedenle farklı tablolar, aynı atomun van der Waals yarıçapı için genellikle farklı değerlere sahip olacaktır. Gerçekten de, van der Waals yarıçapının her durumda atomun sabit bir özelliği olduğunu varsaymak için bir neden yoktur: aksine, herhangi bir durumda atomun belirli kimyasal ortamına göre değişme eğilimi gösterir.
Van der Waals durum denklemi
Van der Waals durum denklemi, gerçek gazların davranışını açıklamak için ideal gaz yasasının en basit ve en iyi bilinen modifikasyonudur:
- ,
burada p basınçtır, n söz konusu gazın mol sayısıdır ve a ve b belirli gaza bağlıdır, V hacimdir, R birim mol bazında spesifik gaz sabiti ve T mutlak sıcaklıktır; a moleküller arası kuvvetler için bir düzeltme ve b sonlu atomik veya moleküler boyutlar için düzeltme; b değeri gazın her bir molü başına Van der Waals hacmine eşittir. Değerleri gazdan gaza değişir.
Van der Waals denkleminin mikroskopik bir yorumu da vardır: moleküller birbirleriyle etkileşime girer. Etkileşim çok kısa mesafede kuvvetli iticidir, orta mesafeden hafifçe çekici hale gelir ve uzun mesafeden kaybolur. Çekici ve itici güçler düşünüldüğünde ideal gaz yasası düzeltilmelidir. Örneğin, moleküller arasındaki karşılıklı itme, komşuları her molekülün etrafındaki belirli bir alandan hariç tutma etkisine sahiptir. Böylece, toplam boşluğun bir kısmı rastgele hareket yürüttüğü için her molekül için kullanılamaz hale gelir. Durum denkleminde, bu dışlama hacmi (nb) kabın (V) hacminden çıkarılmalıdır, bu nedenle: (V - nb).
Van der Waals denkleminde tanıtılan diğer terim, , moleküller arasında (van der Waals kuvveti olarak bilinir) zayıf bir çekici kuvveti tanımlar, bu da n arttığında veya V azaldığında ve moleküller birlikte daha kalabalık hale gelir.
Van der Waals sabit b hacmi, bir atomun veya molekülün van der Waals hacmini gazlar üzerindeki ölçümlerden elde edilen deneysel verilerle hesaplamak için kullanılabilir.
Helyum için, b = 23.7 cm3/mol. Helyum monatomik bir gazdır ve her helyum molü 6.022×1023 atom içerir (Avogadro sabiti, NA)):
Bu nedenle, rw = 2.11 Å 'ye (≈ 200 pikometre) karşılık gelen tek bir atom Vw = 39.36 Å3'ün van der Waals hacmi. Bu yöntem, çapın 2rw olduğu ve internükleer mesafenin d olduğu yuvarlak uçlu bir çubuk olarak moleküle yaklaşılarak diatomik gazlara genişletilebilir. Cebir daha karmaşıktır, ancak ilişki
kübik fonksiyonlar için normal yöntemlerle çözülebilir.
Kaynak
- ↑ Rowland RS, Taylor R (1996). "Intermolecular nonbonded contact distances in organic crystal structures: comparison with distances expected from van der Waals radii". J. Phys. Chem. 100 (18): 7384–7391. doi:10.1021/jp953141+.
- ↑ 2,00 2,01 2,02 2,03 2,04 2,05 2,06 2,07 2,08 2,09 2,10 2,11 2,12 2,13 2,14 2,15 Mantina, Manjeera; Chamberlin, Adam C.; Valero, Rosendo; Cramer, Christopher J.; Truhlar, Donald G. (2009). "Consistent van der Waals Radii for the Whole Main Group.". The Journal of Physical Chemistry A. 113 (19): 5806–5812. doi:10.1021/jp8111556.