|
Радиус иона отличается от радиуса нейтрального атома. Хотя связь химических элементов в кристаллическом веществе земной коры сложная, ковалентно-ионная, норвежский геохимик В. Гольд-шмидт предложил эту связь рассматривать как чисто ионную. Согласно концепции Гольдшмидта, ионы ведут себя как жесткие сферы (твердые шары). Поэтому радиус каждого конкретного иона рассматривается как постоянная величина. Измерив расстояния между ионами в кристаллическом веществе земной коры и зная размер хотя бы одного иона, можно определить ионные радиусы всех химических элементов. В 1923 г. были установлены размеры
попов кислорода и фтора, а затем рассчитаны ионные радиусы других элементов. В дальнейшем их величина неоднократно уточнялась. В таблице 2 приведены данные советских ученых — академика Н. В. Белова и Г. В. Бокия.
Из этих данных видно, что особенность ионных радиусов заключается в том, что радиусы отрицательно заряженных ионов (анионов) значительно больше радиусов положительно заряженных ионов (катионов). Это особенно контрастно проявляется у элементов, способных образовывать как анионы, так и катионы. Положительно заряженный ион серы S+e, входящий в состав сульфат-иона (например, гипса CaS04-2H20), имеет радиус 0,030 нм. Этот же химический элемент в состоянии аниона 8*имеет радиус 0,186 нм.
Другие закономерности изменения радиусов ионов подобны тем, что характерны для нейтральных атомов. Ионные радиусы химических элементов одной группы таблицы Д. И. Менделеева увеличиваются с возрастанием номера, т. е. сверху вниз. Например, для I группы (в нм):
Li+ — 0,068; Na+ — 0,098; К+ — 0,133; Rb+ — 0,149; Cs+ — 0,165
У элементов одного периода чем больше заряд (валентность) катиона, тем меньше радиус (нм):
I период: Li+ — 0.068; Ве2+— 0,034; В3+— 0,021; С+4 — 0,020
II период: Na+— 0,098; Mg2+ —0,074; A I3 f —0,057; Si+* — 0,039
III период: K+ — 0,133; Caa+ — 0,104; Sc3+ — 0,083; Ti+4 — 0,064.
Но вернемся к главной особенности ионных радиусов — их сильно различающейся величине для положительно и отрицательно заряженных атомов одного и того же элемента. Представим себе анионы в виде крупных шаров, а катионы — в виде мелких. Тогда моделью структуры ионно-кристаллического вещества будет пространство, заполненное плотно прилегающими большими шарами-анионами, между которыми должны размещаться мелкие шарики-катионы.
А теперь вспомним, что впервые установил Ф. Кларк и затем подтвердили другие ученые: кислород является основным, преобладающим химическим элементом земной коры. Поразительная, почти парадоксальная картина обнаруживается при пересчете данных о содержании элементов, исходя из взглядов В. М. Гольдшмид-та о ионных радиусах (табл. 3). Если учесть относительно крупные размеры анионов кислорода по сравнению с небольшой величиной катионов кремния, то земная кора предстанет перед нами в виде сплошного кислородного каркаса, в пустотах которого располагаются мелкие катионы кремния и некоторых других элементов. Нашу планету охватывает прочный кремнекислородный панцирь. Этот вывод интересен не только своей неожиданностью, но и тем, что он дает ключ к пониманию закономерностей формирования химического состава земной коры.
По представлениям В. Гольдшмидта, каркас кислородных анионов играет роль своеобразного геохимического фильтра, который допускает внутрь только положительно заряженные ионы определенного размера.
|