רדיוס קוולנטי

בכימיה, הרדיוס הקוולנטי, r cov, הוא מדד לגודלו של אטום המהווה חלק מקשר קוולנטי יחיד. הרדיוס נמדד בדרך כלל ביחידות פיקומטר (pm) או אנגסטרום (Å), כאשר 1 אנגסטרום = 100 פיקומטר.

באופן עקרוני, סכום שני הרדיוסים הקוולנטיים שווה לאורך הקשר הקוולנטי בין שני אטומים, . יתר על כן, ניתן להציג רדיוסים שונים עבור קשרים בודדים, כפולים ומשולשים (r2 ,r1 ו-r3 בהתאמה), באופן חישובי בלבד. יחסים אלו אינם מדויקים מכיוון שגודלו של אטום אינו קבוע אלא תלוי סביבה כימית. עבור קשרי A–B הטרואטומיים, מונחים יוניים עשויים להיכנס. לעיתים קרובות הקשרים הקוולנטיים הקוטביים קצרים מהצפוי בהתבסס על סכום הרדיוסים הקוולנטיים. ערכי טבלה של רדיוסים קוולנטיים הם ערכים ממוצעים או אידיאליים, אשר מעידים במקרים רבים על עבירות (אנ') (דמיון בתכונות כימיות ופיזקליות) במצבים שונים, מה שהופך אותם לשימושיים.

אורכי הקשר R(AB) נמדדים על ידי קריסטלוגרפיה בקרני רנטגן (לעיתים רחוקות יותר, עקיפת נייטרונים על גבישים מולקולריים). ספקטרוסקופיה סיבובית יכולה גם לתת ערכים מדויקים ביותר של אורכי קשר. עבור קשרים הומוגרעיניים A–A, לינוס פאולינג העריך את הרדיוס הקוולנטי למחצית מאורך הקשר היחיד ביסוד, למשל: כאשר (במולקולת מימן) נוכל להגיד כי . בפועל, נהוג לקבל ערך רדיוס ממוצע ממגוון תרכובות קוולנטיות, אם כי בדרך כלל ההבדל קטן. ב-1983, פרסם סנדרסון רשימת רדיוסים קוולנטיים לא קוטביים עבור מרכיבי הקבוצה הראשית (יסודות מטורים 1–2 ו-13–18)[1], אך זמינותם של אוספי נתונים גדולים יותר עבור אורכי קשר, בעלי עבירות גדולה יותר, מאגר המידע המבני של קיימברידג'[2][3] תרמה לדיוק מדידה ברדיוסים קוולנטיים מיושנים במקרים רבים.

רדיוסים ממוצעים עריכה

הערכים בטבלה מטה מבוססים על ניתוח סטטיסטי של יותר מ-228,000 אורכי קשר ניסויים מאגר המידע המבני של קיימברידג'.[4] עבור פחמן, ניתנים ערכים עבור הכלאת אורביטלים אטומיים שונה.

רדיוס קוולנטי בפיקומטרים מניתוח של מאגר המידע המבני של קיימברידג', המכיל כ-1,030,000 מבנים גבישיים[4]
H   He
1   2
(5)31   28
Li Be   B C N O F Ne
3 4 5 6 7 8 9 10
(7)128 (3)96 רדיוס (סטיית תקן) / פיקומטר  (3)84 sp3 76(1)

sp2 73(2)

sp  69(1)

(1)71 (2)66 (3)57 58
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
11 12   13 14 15 16 17 18
(9)166 (7)141   (4)121 (2)111 (3)107 (3)105 (4)102 (10)106
K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
19 20   21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
(12)203 (10)176   (7)170 (8)160 (8)153 (5)139 l.s. 139(5)

h.s. 161(8)

l.s. 132(3)

h.s. 152(6)

l.s. 126(3)

h.s. 150(7)

(4)124 (4)132 (4)122 (3)122 (4)120 (4)119 (4)120 (3)120 (4)116
Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
37 38   39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
(9)220 (10)195 (7)190 (7)175 (6)164 (5)154 (7)147 (7)146 (7)142 (6)139 (5)145 (9)144 (5)142 (4)139 (5)139 (4)138 (3)139 (9)140
Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
55 56   71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
(11)244 (11)215   (10)175 (8)187 (8)170 (7)162 (7)151 (4)144 (6)141 (5)136 (6)136 (5)132 (7)145 (5)146 (4)148 (4)140 150 150
Fr Ra **
87 88
260 (2)221
 
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
  57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
  (8)207 (9)204 (7)203 (6)201 199 (8)198 (6)198 (6)196 (5)194 (7)192 (7)192 (6)189 (10)190 (8)187
  ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm
  89 90 91 92 93 94 95 96
  215 (6)206 200 (7)196 (1)190 (1)187 (6)180 (3)169

רדיוסים עבור קשרים מרובים עריכה

גישה שונה היא ייצור התאמה עקבית לכל היסודות בקבוצה קטנה יותר של מולקולות. זאת באמצעות בדיקת אורך הקשר עם אותו אטום או קבוצה פונקציונלית עבור כל היסודות. בדיקה זו נעשית בנפרד עבור קשרים בודדים,[5] כפולים,[6] ומשולשים[7] עד יסודות כבדים. בבדיקה נעשה שימוש בנתונים ניסויים ובנתונים חישוביים. תוצאות הקשר היחיד דומות לרוב לאלו במאמרים מחקריים.[4] שוני בין תוצאות אלה עשוי לנבוע ממספר קואורדינציה שונה בשני הניסויים, במיוחד במקרים של רוב מתכות המעבר (בעלי האורביטלים d ו-f). גודל הרדיוס יהיה בדרך כלל לפי  .

יסודות מלאכותיים עד המספר האטומי 118 (אוגאנסון) הופקו בניסויים וישנם מחקרים כימיים על מספר הולך וגדל שלהם. שיטה זו, עקבית לעצמה, שימשה כדי להתאים רדיוסים קוולנטיים טטרהדרליים ל-30 יסודות ב-48 גבישים עם דיוק בעל טווח סטיה של עד פיקומטר.[8]

רדיוס קוולנטי של קשר יחיד,[5] כפול[6] ומשולש,[7] הנקבע על ידי שימוש בכ-400 מרחקים מחושבים או ניסויים, R
H   He
1   2
32

-

-

  46

-

-

Li Be B C N O F Ne
3 4 רדיוס / פיקומטר 5 6 7 8 9 10
133

124

-

102

90

85

קשר יחיד

קשר כפול

קשר משולש

85

78

73

75

67

60

71

60

54

63

57

53

64

59

53

67

96

-

Na Mg   Al Si P S Cl Ar
11 12   13 14 15 16 17 18
155

160

-

139

132

127

  126

113

111

116

107

102

111

102

94

103

94

95

99

95

93

96

107

96

K Ca   Sc Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
19 20   21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36
196

193

-

171

147

133

  148

116

114

136

117

108

134

112

106

122

111

103

119

105

103

116

109

102

111

103

96

110

101

101

112

115

120

118

120

-

124

117

121

121

111

114

121

114

106

116

107

107

114

109

110

117

121

108

Rb Sr   Y Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
37 38   39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54
210

202

-

185

157

139

  163

130

124

154

127

121

147

125

116

138

121

113

128

120

110

125

114

103

125

110

106

120

117

112

128

139

137

136

144

-

142

136

146

140

130

132

140

133

127

136

128

121

133

129

125

131

135

122

Cs Ba * Lu Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
55 56   71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86
232

209

-

196

161

149

  162

131

131

152

128

122

146

126

119

137

120

115

131

119

110

129

116

109

122

115

107

123

112

110

124

121

123

133

142

-

144

142

150

144

135

137

151

141

135

145

135

129

147

138

138

142

145

133

Fr Ra ** Lr Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Nh Fl Mc Lv Ts Og
87 88   103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118
223

218

-

201

173

159

  161

141

-

157

140

131

149

136

126

143

128

121

141

128

119

134

125

118

129

125

113

128

116

112

121

116

118

122

137

130

136

-

-

143

-

-

162

-

-

175

-

-

165

-

-

157

-

-

 
  * La Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb
  57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70
  180

139

139

163

137

131

176

138

128

174

137

-

173

135

-

172

134

-

168

134

-

169

135

132

168

135

-

167

133

-

166

133

-

165

133

-

164

131

-

170

129

-

  ** Ac Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No
  89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102
  186

153

140

175

143

136

169

138

129

170

134

118

171

136

116

172

135

-

166

135

-

166

136

-

168

139

-

168

140

-

165

140

-

167

-

-

173

139

-

176

-

-

ראו גם עריכה

קישורים חיצוניים עריכה

  מדיה וקבצים בנושא רדיוס קוולנטי בוויקישיתוף

הערות שוליים עריכה

  1. ^ Sanderson, R. T. (1983). "Electronegativity and Bond Energy". Journal of the American Chemical Society. 105 (8): 2259–2261. doi:10.1021/ja00346a026.
  2. ^ Allen, F. H.; Kennard, O.; Watson, D. G.; Brammer, L.; Orpen, A. G.; Taylor, R. (1987). "Table of Bond Lengths Determined by X-Ray and Neutron Diffraction". J. Chem. Soc., Perkin Trans. 2 (12): S1–S19. doi:10.1039/P298700000S1.
  3. ^ Orpen, A. Guy; Brammer, Lee; Allen, Frank H.; Kennard, Olga; Watson, David G.; Taylor, Robin (1989). "Supplement. Tables of bond lengths determined by X-ray and neutron diffraction. Part 2. Organometallic compounds and co-ordination complexes of the d- and f-block metals". Journal of the Chemical Society, Dalton Transactions (12): S1. doi:10.1039/DT98900000S1.
  4. ^ 1 2 3 Beatriz Cordero; Verónica Gómez; Ana E. Platero-Prats; Marc Revés; Jorge Echeverría; Eduard Cremades; Flavia Barragán; Santiago Alvarez (2008). "Covalent radii revisited". Dalton Trans. (21): 2832–2838. doi:10.1039/b801115j. PMID 18478144.
  5. ^ 1 2 P. Pyykkö; M. Atsumi (2009). "Molecular Single-Bond Covalent Radii for Elements 1-118". Chemistry: A European Journal. 15 (1): 186–197. doi:10.1002/chem.200800987. PMID 19058281.
  6. ^ 1 2 P. Pyykkö; M. Atsumi (2009). "Molecular Double-Bond Covalent Radii for Elements Li–E112". Chemistry: A European Journal. 15 (46): 12770–12779. doi:10.1002/chem.200901472. PMID 19856342.. Figure 3 of this paper contains all radii of refs. [5-7]. The mean-square deviation of each set is 3 pm.
  7. ^ 1 2 P. Pyykkö; S. Riedel; M. Patzschke (2005). "Triple-Bond Covalent Radii". Chemistry: A European Journal. 11 (12): 3511–3520. doi:10.1002/chem.200401299. PMID 15832398.
  8. ^ P. Pyykkö (2012). "Refitted tetrahedral covalent radii for solids". Physical Review B. 85 (2): 024115, 7 p. Bibcode:2012PhRvB..85b4115P. doi:10.1103/PhysRevB.85.024115.