Bán kính cộng hố trị của một ngun tử bằng nửa khoảng cách giữa hạt nhân 2 nguyên tử của cùng một nguyên tố tạo thành liên kết cộng hoá trị đơn (trong các đơn chất khí hay rắn).
Ví dụ: khoảng cách giữa các hạt nhân trong phân tử H2 là 0,74Å, do đó
bán kính cộng hố trị của hydro bằng 0,37Å. Khoảng cách giữa các hạt nhân trong phân tử Cl2 là 1,988Å, do đó bán kính cộng hố trị của clo bằng 0,99Å. Ngun tử cacbon trong kim cương (có liên kết C - C) có bán kính cộng hố trị là 0,77Å và của Si - Si là 1,17Å.
Khi nghiên cứu độ dài của liên kết cộng hoá trị, người ta thấy độ dài của
những liên kết giống nhau trong các hợp chất tương tự nhau hầu như là một hằng số. Chẳng hạn, dC - Cl = 1,77 ± 0,01Å, trị số này rất gần với tổng bán kính cộng hố trị của cacbon và clo là 0,77 + 0,99 = 1,76Å. Cũng tương tự như vậy, dC - Si = 1,94Å rất phù hợp với tổng bán kính cộng hố trị của cacbon và silic là 0,77 + 1,17 = 1,94Å.
Từ đó cho thấy, bán kính cộng hố trị có tính chất cộng tính: khoảng cách giữa 2 nguyên tử A - B bằng trung bình cộng khoảng cách giữa A - A và B - B.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp có sự sai lệch so với cách xác định trên.
Nguyên nhân của những sai lệch đó: - Có sự tạo thành liên kết kép.
- Liên kết không phải cộng hố trị thuần t mà có một phần tính chất ion. - Có sự lai hố các obitan liên kết, sự lai hố này quy định dạng hình học của phân tử cộng hố trị.
Ví dụ: khoảng cách d giữa các nguyên tử cacbon ở các kiểu liên kết khác nhau: d(C - C) = 1,571Å; d(C = C) = 1,337Å; d(C ≡ C) = 1,200Å trong NH3 : d(N - H) = 1,008Å trong NH4 : d(N - H) = 1,034Å trong HN3 : d(N - H) = 1,020Å trong HNCO : d(N - H) = 0,990Å
Sự sai lệch với cộng tính càng lớn nếu các nguyên tử liên kết với nhau có
độ âm điện càng khác xa nhau. Vì tính chất của liên kết phụ thuộc nhiều vào
hiệu số độ âm điện nên tính chất ion của liên kết là nguyên nhân gây nên sự sai lệch như trên đã xét.
Để thể hiện một phần tính chất ion của liên kết, V. Schomaker và
D. Stevenson đề nghị một phương trình kinh nghiệm để xác định bán kính
cộng hố trị:
rAB = rA + rB - 0,09(χA - χB)
trong đó χA và χB là độ âm điện của nguyên tố A và B theo thang Paulinh. Phương trình trên tuy khơng có cơ sở lý thuyết nhưng cũng góp phần hồn thiện phương pháp xác định bán kính cộng hố trị.
Về mặt tính tốn lý thuyết, dựa vào cơ học lượng tử, người ta đã rút ra
biểu thức xác định bán kính nguyên tử của một nguyên tố như sau: r = σ α − ⋅ Z n2
r là khoảng cách từ hạt nhân đến chỗ electron có mật độ lớn nhất; n là số lượng tử chính; σ là hằng số chắn;
Z là điện tích hạt nhân nguyên tử.
Các giá trị bán kính nguyên tử xác định theo lý thuyết chưa phù hợp với các giá trị thực nghiệm. Đó là do cịn có những điểm chưa hoàn thiện trong các
phương pháp tính tốn, hơn nữa lại còn do quan niệm chưa xác định về bán
kính nguyên tử.
Bảng 1.8 - Bán kính nguyên tử (bán kính cộng hoá trị) của một số nguyên tố (tính bằng Å)
H He
0,37 0,93
Li Be B C N O F Ne
Chương 1 – Hệ thống tuần hồn các ngun tố hóa học _______________________________________________________________ Na Mg Al Si P S Cl Ar 1,54 1,30 1,18 1,17 1,06 1,02 0,99 1,74 K Ca Sc Ge As Se Br Kr 1,96 1,71 1,44 1,22 1,19 1,16 1,14 1,89 Rb Sr Y Sn Sb Te I Xe 2,11 1,92 1,62 1,41 1,38 1,35 1,33 2,09