原子和簡單離子半徑大小的比較是高考的一個重要考點,掌握比較的方法和規律,才能正確判斷粒子半徑的大小。中學化學裡常見粒子半徑大小比較,規律如下:
1.同種元素粒子半徑大小比較:
同種元素原子形成的粒子,核外電子數越多,粒子半徑越大。陽離子半徑小於相應原子半徑。如r(Na+)<r(Na);陰離子半徑大於相應原子半徑。如r(Cl—)>r(Cl);同種元素不同價態的離子,價態越高,離子半徑越小。如r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)、r(H—) > r (H) > r(H+)。
2.不同元素粒子半徑的比較:
①同周期元素,電子層數相同,原子序數越大,原子半徑、最高價陽離子半徑、最低價陰離子半徑均逐漸減小(僅限主族元素)。如r(Na)>r(Mg)>r(Al)>r(S)>r(Cl)、r(Na+) >r(Mg2+)>r(Al3+)、r(O2—) >r(F—)。同一周期各元素,陰離子半徑一定大於陽離子半徑。如r(O2—) > r(Li+)。
②同主族元素,最外層電子數相同,電子層數越多,原子半徑越大,同價態的離子半徑大小也如此。如:r(F)<r(Cl)<r(Br)<r(I),r(F—)<r(Cl—)<r(Br—)<r(I—),r(Li+)<r(Na+)<r(K+)。
③電子層結構相同(核外電子排布相同)的不同粒子,核電荷數越大,半徑越小。如:r(S2—)>r(Cl—)>r(Ar) >r(K+)>r(Ca2+)、r(O2—)> r(F—)> r(Na+)> r(Mg2+)> r(Al3+)。
④稀有氣體元素的原子,半徑比與它相鄰的滷素原子的原子半徑大,如r(Ar) >r(Cl)。
⑤核電荷數、電子層數、電子數都不相同的粒子,一般可以通過一種參照粒子進行比較。
如鋁原子和氧原子,可以通過硼原子轉換,r(Al)>r(B) >r(O),也可以通過硫原子轉換,r(Al)>r(S)>r(O)。
典型例題剖析:
[例1] 下列各元素中,原子半徑依次增大的是( )
A.Na、Mg、AlB.N、O、FC.P、Si、AlD.C、Si、P
[解析] A中三元素同周期,核電荷數增大,原子半徑依次減小;B與A相類似,半徑依次減小;C中三種元素同周期且核電荷數逐漸減小,原子半徑依次增大,C選項正確;D中Si原子半徑最大,故不符合題意。
[例2] 已知aAn+、bB(n+1)+、cCn—、dD(n+1)—均具有相同的電子層結構,關於ABCD四種元素的敘述正確的是( )
A.原子半徑A>B>C>D B.原子序數b>a>c>d
C.離子半徑:D>C>B>A D.金屬性B>A;非金屬性D>C
[解析] 此題考查學生對原子序數、核電荷數、電荷數及周期表中元素的相對位置和粒子半徑的遞變規律的理解和掌握。由aAn+、bB(n+1)+、cCn—、dD(n+1)—均具有相同的電子層結構,可知A、B在同一周期,C、D在同一周期,且C、D在A、B的上一周期;由B的電荷比A高,知B在A的右邊;由C的電荷比D高,知C在D的右邊。其位置關係如下表所示。對於A,原子半徑應改為A>B>D>C;對於B,原子序數b>a>c>d正確;對於C,離子半徑應改為D>C>A>B;對於D,金屬性應改為A>B;非金屬性D>C正確。答案為B。
練習:比較下列粒子的半徑大小
1.Na+ Cl— 2. H+ H — 3. H — Li+ 4. Na+ Al3+
5.O2— F— 6.K Mg 7.C F 8.Cl Br
9. F— Cl— 10 .Mg2+ Mg 11. Cl Cl— 12. Fe3+ Fe2+
13.S2— Ca2+ 14.O2— Mg2+