Ionsugár

Kalottamodellek az ionok méretének szemléltetésére (kationok - fent, anionok - lent)

Az ionsugár megadja az ionrácsban elhelyezkedő, pozitív (kation) vagy negatív töltéssel (anion) rendelkező ion sugarát. Az atomokhoz hasonlóan az ionok sem rendelkeznek éles határfelülettel, mégis szokás őket egyszerű gömbként modellezni, amely szerint két szomszédos ion ionsugarának összege megadja a köztük lévő távolságot az ionrácsban. A pozitív ionok mérete mindig kisebb, a negatív ionoké mindig nagyobb a megfelelő semleges atoménál. Például kationképződésnél – amikor az atom elektront veszít – a pozitív töltéstöbblet miatt az atommag nagyobb vonzóerőt képes kifejteni az elektronokra, így az egész ion mérete kisebb lesz a semleges atoméhoz képest.

Az ionsugár nem állandó jellemzője az adott ionnak, hanem a koordinációs szám, a spinállapot és egyéb paraméterek függvényében változik. Az ionsugár nemcsak a periódusos rendszer főcsoportjainak előrehaladtával, hanem a rendszámmal is növekszik. A magasabb impulzusmomentummal rendelkező ionnak rendszerint nagyobb az ionsugara, mint a kisebb spinnel rendelkezőnek.

Az ionsugár meghatározása

A krisztallográfia elvi vázlata

Egy ionrácsban lévő ionok közti távolság meghatározására általában röntgen krisztallográfiai módszereket alkalmaznak, ilyen módon a kristály elemi cellájának a méretei meghatározhatók. Példaként véve a nátrium-klorid (NaCl) ionrácsos vegyületét, az elemi cella nagysága 564,02 pm. Ha az elemi cellát egy Na – Cl – Na modellel szemléltetjük, akkor a kapott értékből a Na – Cl kötéstávolságát az 564,02 pm felének tekintjük, mely így 282,01 pm. A krisztallográfia ugyan felvilágosítást ad az ionok közti távolságról, a kötések pontos elhelyezkedését nem szemlélteti.

Landé olyan ionrácsokat vizsgált, amelyben a rácsot alkotó ionok mérete egymástól nagyságrendileg különbözik, ilyen volt pl. a lítium-jodid (LiI). A lítiumionok sokkal kisebbek, mint a jodidionok, ennélfogva úgy helyezkednek el a rácsban, mintha rácsban létrejött lyukakban lennének, következésképp az ionok szinte érintik egymást. A mérések szerint két szomszédos jodidion közti távolság a jodidion sugarának kétszerese, 214 pm. Hasonló eljárással határozták meg például a rubídiumion ionsugarát, a rubídium-jodid (RbI) kristályszerkezetét vizsgálva.

Háromtengelyes ellipszoid

Nem gömbszimmetrikus ionok

Az ionrádiusz-elmélet ui. azon a feltételezésen alapszik, hogy mind az atomok, mind az ionok gömbszimmetrikus szerkezetűek. Csoportelméleti meggondolásokból belátható, hogy ez a feltételezés csak olyan kristályráccsal rendelkező ionokra lehet érvényes, amelyek szimmetriafoka magas, mint a nátrium-klorid vagy a cink-szulfid esetében (szfalerit).

Az alacsony szimmetriafokkal rendelkező ionok esetén, az elektronsűrűség-eloszlás elfajulásából következően a gömbszimmetrikus rend eltérést mutat. Számos pirit-szerű diszulfidokat vizsgáltak, amelyekben az egy vegyértékű szulfidionok ún. $C_{3}$ kötésben vannak a rácsban. A vizsgálati eredmények alapján világossá vált, hogy a szulfidionok ellipszoiddal modellezhetők – a szimmetriatengelyeknek megfelelően.

Források

• Atkins, Peter. Fizikai kémia (magyar nyelven). Budapest: Nemzeti Tankönyvkiado (2002). ISBN 963-19-3316-4 
• Bot, György. Általános és szervetlen kémia (magyar nyelven). Budapest: Medicina Könyvkiado (1983). ISBN 963-241-097-1 
• http://saylor.org/site/wp-content/Ionic-Radius