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粒子半径大小的比较规律

原子和简单离子半径大小的比较是高考的一个重要考点，掌握比较的方法和规律，才能正确判断粒子半径的大小。中学化学里常见粒子半径大小比较，规律如下：
1.同种元素粒子半径大小比较：
同种元素原子形成的粒子，核外电子数越多，粒子半径越大。阳离子半径小于相应原子半径。如r(Na+)<r(Na)；阴离子半径大于相应原子半径。如r(Cl—)>r(Cl)；同种元素不同价态的离子，价态越高，离子半径越小。如r(Fe)>r(Fe2+)>r(Fe3+)、r(H—) > r (H) > r(H+)。
2.不同元素粒子半径的比较：
①同周期元素，电子层数相同，原子序数越大，原子半径、最高价阳离子半径、最低价阴离子半径均逐渐减小(仅限主族元素)。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，阴离子半径一定大于阳离子半径。如r(O2—) > r(Li+)。
②同主族元素，最外层电子数相同，电子层数越多，原子半径越大，同价态的离子半径大小也如此。如：r(F)<r(Cl)<r(Br)<r(I)，r(F—)<r(Cl—)<r(Br—)<r(I—)，r(Li+)<r（Na+）<r(K+)。
③电子层结构相同（核外电子排布相同）的不同粒子，核电荷数越大，半径越小。如：r(S2—)>r(Cl—)>r(Ar) >r(K+)>r(Ca2+)、r(O2—)> r(F—)> r（Na+）> r（Mg2+）> r（Al3+）。
④稀有气体元素的原子，半径比与它相邻的卤素原子的原子半径大，如r(Ar) >r(Cl)。
⑤核电荷数、电子层数、电子数都不相同的粒子，一般可以通过一种参照粒子进行比较。
如铝原子和氧原子，可以通过硼原子转换，r(Al)>r(B) >r(O)，也可以通过硫原子转换，r(Al)>r(S) >r(O)。
对规律的理论解释：
影响粒子半径大小的因素有原子或简单阴、阳离子的核电荷数、电子层数、电子数等。核电荷数增大，原子核对核外电子的引力增强，使原子半径减小；电子层数及核外电子数增多，原子核对外层电子的引力减弱，使原子半径增大。这两个因素相互制约：当电子层数相同时，核电荷数增大使原子半径减小的影响大于核外电子数增多使原子半径增大的影响，核电荷数增大使原子半径减小占主导地位，所以同一周期，从左至右，原子半径依次减小；当最外层电子数相同时，电子层数的增多使原子半径增大的影响大于核电荷数增大使原子半径减小的影响，电子层数的增多使原子半径增大的影响占主导地位，所以同一主族从上至小，原子半径依次增大；当电子层数、核外电子数都相同时，只有核电荷数增大对原子半径的影响， 所以，核电荷越大，原子半径越小；当核电荷数、电子层数都相同时，电子数增多，原子核对外层电子的引力减弱，使原子半径增大。
影响粒子半径大小的因素还有测定半径的方法，根据原子的不同键合形式表现的不同“大小”，有三种原子半径。
(1)金属半径：它是金属的原子半径，就是金属晶体中两相邻金属原子的核间距的半数值。很明显，它跟金属原子的堆积方式或配位数有关。一般说，配位数高，半径显得大。常见表中所列数据是折合成配位数为12的金属原子半径。金属原子半径可以用X射线衍射法测得金属晶体的晶胞参数，再结合它的点阵型式计算得到。
(2)共价半径：它指两个相同原子以共价单键结合时核间距的半数值。共价半径近似地满足加和规则，即任一共价键长约为两原子半径之和。
(3)范德华半径：它指在分子型晶体中，不属于同一分子的两个最接近的相同原子在非键合状况下，它们核间距的一半。例如，稀有气体的原子半径就是范德华半径。
同一种非金属，它的共价半径和它的范德华半径数值是不同的。例如在CdCl2晶体里，测得在不同的“分子”（实际是层状的大分子）里Cl与Cl间的核间距为：
dCl-Cl =3.76×10-10m，
取其值的一半定为氯原子的范氏半径，即：
r范（Cl）=3.76×10-10m/2=1.88×10—10m

图 氯原子的共价半径与范氏半径
对非金属元素，r范＞r共，从图示可以清楚地看出这一关系。图示表示出2个Cl2分子，在同一个Cl2分子里，2个Cl原子核间距的一半BF是共价半径（r共）；在不同的2个Cl2分子间，2个Cl原子的核间距的一半CE是范氏半径（r范）。显而易见，r范＞r共。
稀有气体在极低的温度下形成单原子分子的分子晶体。在这种晶体里，2个原子核的核间距的一半，就是稀有气体原子的范氏半径。下面列出非金属元素和稀有气体的范氏半径。
非金属元素和稀有气体的范氏半径r范（单位：10-10m）

从上表可以看出，r范也有一定的规律性：在同一周期中，从左到右逐渐减小；在同一族中，从上到下逐渐增大。
在一般的资料里，金属元素有金属半径和共价半径的数据，非金属元素则有共价半径和范氏半径的数据，稀有气体只有范氏半径的数据。课本表里原子半径数据除稀有气体元素外，均为共价半径。
典型例题剖析
[例1] 下列各元素中，原子半径依次增大的是(　　)
　　A．Na、Mg、Al　　B．N、O、F　　　C．P、Si、Al　　　D．C、Si、P
[解析] A中三元素同周期，核电荷数增大，原子半径依次减小；B与A相类似，半径依次减小；C中三种元素同周期且核电荷数逐渐减小，原子半径依次增大，C选项正确；D中Si原子半径最大，故不符合题意。
[例2] 已知aAn+、bB（n+1）+、cCn—、dD（n+1）—均具有相同的电子层结构，关于ABCD四种元素的叙述正确的是（ ）
A.原子半径A＞B＞C＞D B.原子序数b＞a＞c＞d
C.离子半径：D＞C＞B＞A D.金属性B＞A；非金属性D＞C
[解析] 此题考查学生对原子序数、核电荷数、电荷数及周期表中元素的相对位置和粒子半径的递变规律的理解和掌握。由aAn+、bB（n+1）+、cCn—、dD（n+1）—均具有相同的电子层结构，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的电荷比A高，知B在A的右边；由C的电荷比D高，知C在D的右边。其位置关系如下表所示。对于A，原子半径应改为A＞B＞D＞C ；对于B，原子序数b＞a＞c＞d正确；对于C，离子半径应改为D＞C＞A＞B； 对于D，金属性应改为A＞B；非金属性D＞C正确。答案为B。

…
D
C…
…A
B
…

[例3] A、B、C、D、E是原子序数依次增大的五种短周期元素，其原子半径按DEBCA的顺序依次减小，且B和E同主族。下列推断不正确的是（　 ）
A．A、B、D一定在不同周期 　 B．A、D可能在同一主族
C．D、B、C原子的最外层电子数依次增多 D．C的最高价氧化物的水化物可能显碱性
[解析] 此题考查学生对周期表结构的认识和周期表中存在的半径变化规律知识的掌握情况。短周期只有前3周期，由A、B、C、D、E是原子序数依次增大及B和E同主族可确定BE的相对位置，若B在第2周期则E在第3周期；由原子半径按DEBCA的顺序依次减小知A与B在不同周期，则A只能在第一周期、第1主族，是氢；D的原子半径比E大，D与E同周期，且D在E的左边某一族内，可能与A同族；C的原子序数比B大，原子半径比B小，C与B同周期， C在B的右边某族，C一定在铍之后，不可能是金属，所以，C的最高价氧化物的水化物不可能显碱性。只有D选项是不正确的。相对位置如下：
A（氢）

（B）
B（C）
C
（C）
（D）
D（E）
E

[例4] 已知两元素A与B的原子序数分别为a、b，且原子半径B>A，则a与b的相对大小关系是（　 ）
A．a一定大于b　 　B．a一定小于b
C．若元素A、B在同一周期，则a一定大于b　　
D．若元素A、B不在同一周期，则a一定大于b
[解析] 考纲要求考生“掌握同一周期(同一主族)内元素性质(如：原子半径、化合价、单质及其化合物性质)的递变规律与原子结构的关系”。该题考查考生对元素周期B(原子半径)的理解和归纳推理能力。分析题干时，了解到原子序数与原子半径之间有一定的关系，因此原子半径在元素周期表中的规律性变化是解题的切入点。根据元素周期律可知，在同一周期，随原子序数递增，原子半径逐渐减小(0族元素不考虑)，若元素A、B同周期，而原子半径B>A，所以原子序数a>b，所以选项C正确。若在同一主族，从上到下，原子半径逐渐增大，而原子序数也增大，即当原子半径B>A时，原子序数b>a。所以两种情况都有可能，A、B、D选项不正确。答案为C。
【针对训练
比较下列粒子的半径大小
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— Ne
答案：
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— ＞ Ne】

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