İyon yarıçapı

**İyon yarıçapı** (rion), iyonik bir kristal yapı içinde bulunan tek atomlu bir iyonun etkin yarıçapını ifade eder. Atomların ya da iyonların keskin sınırları olmamasına rağmen, pratikte sert küreler gibi kabul edilirler. Bir kristal örgüde katyon ve anyonun iyonik yarıçaplarının toplamı, iyonlar arasındaki uzaklığı verir. İyonik yarıçaplar genellikle pikometre (pm) ya da ångström (Å) cinsinden ifade edilir; 1 Å = 100 pm'dir. Tipik değerler 31 pm (0,3 Å)'den 200 pm (2 Å)'nin üzerine kadar uzanır.

Bu kavram, sıvı çözeltilerdeki solvasyon kabuğu da dikkate alınarak solvate olmuş iyonlara da genişletilebilir.

## Eğilim

İyonlar, elektrik yüklerine bağlı olarak nötr atomdan daha büyük ya da daha küçük olabilir. Bir atom elektron kaybederek bir katyon oluşturduğunda, kalan elektronlar çekirdeğe daha güçlü biçimde çekilir ve iyonun yarıçapı küçülür. Benzer şekilde, bir atoma elektron eklendiğinde ve anyon oluştuğunda, eklenen elektron elektronlar arası itme nedeniyle elektron bulutunun boyutunu artırır.

İyon yarıçapı, belirli bir iyon için sabit bir özellik değildir; koordinasyon sayısına, spin durumuna ve diğer bazı parametrelere bağlı olarak değişir. Buna rağmen, iyon yarıçapı değerleri yeterince aktarılabilir niteliktedir ve periyodik eğilimlerin tanınmasına olanak tanır. Diğer atom yarıçapı türlerinde olduğu gibi, bir grupta aşağı doğru inildikçe iyon yarıçapı artar. Aynı iyon için koordinasyon sayısı arttıkça iyon boyutu da artar ve yüksek spinli bir iyon, düşük spinli hâline kıyasla daha büyük olur. Genel olarak, pozitif yük arttıkça iyonik yarıçap azalır, negatif yük arttıkça ise artar.

Bir kristalde “anormal” bir iyonik yarıçap gözlenmesi, bağlanmada önemli bir kovalent karakter bulunduğunun göstergesi olabilir. Hiçbir bağ tamamen iyonik değildir ve özellikle geçiş metallerinin bazı sözde “iyonik” bileşikleri belirgin ölçüde kovalent karakter taşır. Bu durum, tabloda verilen sodyum ve gümüş halojenürlerinin birim hücre parametreleriyle gösterilebilir. Florürler esas alındığında Ag+ iyonunun Na+'dan daha büyük olduğu söylenebilir; ancak klorürler ve bromürler temel alındığında bunun tersinin doğru olduğu görülür. Bunun nedeni, AgCl ve AgBr'deki bağların daha yüksek kovalent karaktere sahip olmasıdır; bu durum bağ uzunluğunu ve dolayısıyla Ag⁺'un görünen iyonik yarıçapını azaltır. Bu etki, daha elektropozitif olan sodyumun halojenürlerinde ya da florür iyonunun görece kolay polarize edilememesi nedeniyle gümüş florürde görülmez.

## Belirlenmesi
İyonik bir kristalde iki iyon arasındaki mesafe, kristalin birim hücresinin kenar uzunluklarını veren X ışını kristalografisi ile belirlenebilir. Örneğin, sodyum klorürün birim hücresinin her bir kenarının uzunluğu 564,02 pm olarak bulunmuştur. Sodyum klorürün birim hücresinin her bir kenarı Na+∙∙∙Cl-∙∙∙Na+ şeklinde dizilmiş atomlar içerir; dolayısıyla bu kenar uzunluğu Na–Cl ayrımının iki katıdır. Buna göre Na+ ile Cl- iyonları arasındaki mesafe, 564,02 pm'nin yarısı olan 282,01 pm'dir. Ancak X-ışını kristalografisi iyonlar arasındaki mesafeyi verse de, iyonlar arasındaki sınırın tam olarak nerede olduğunu göstermez; bu nedenle iyonik yarıçapları doğrudan vermez.

Landé, LiI gibi anyon ve katyon boyutları arasında büyük fark bulunan kristalleri dikkate alarak iyonik yarıçapları tahmin etmiştir. Lityum iyonları, iyodür iyonlarına göre o kadar küçüktür ki kristal örgüdeki boşluklara sığar ve iyodür iyonlarının birbirine temas etmesine olanak tanır. Yani kristalde komşu iki iyodür arasındaki mesafenin, iyodür iyonunun yarıçapının iki katı olduğu varsayılır; buradan iyodür iyonu yarıçapı 214 pm olarak çıkarılır. Bu değer diğer yarıçapların belirlenmesinde kullanılabilir. Örneğin RbI'de iyonlar arası mesafe 356 pm'dir; bu da Rb+ iyonu için 142 pm'lik bir iyonik yarıçap verir. Bu yöntemle 8 iyonun yarıçapları belirlenmiştir.

Wasastjerna, iyonik yarıçapları tahmin ederken, kırılma indisi ölçümlerinden elde edilen elektriksel polarize edilebilirlik değerlerine dayanarak iyonların göreli hacimlerini esas almıştır. Bu sonuçlar Victor Goldschmidt tarafından genişletilmiştir. Hem Wasastjerna hem de Goldschmidt, O2- iyonu için 132 pm değerini kullanmıştır.

Pauling, iyonlar arasındaki mesafeyi anyonik ve katyonik yarıçaplara paylaştırmak için etkin çekirdek yükü kavramını kullanmıştır. Onun verilerinde O2- iyonunun yarıçapı 140 pm'dir.

Kristalografik verilerin kapsamlı bir değerlendirmesi sonucunda Shannon, güncellenmiş iyonik yarıçaplar yayımlamıştır.Shannon, farklı koordinasyon sayıları ile iyonların yüksek ve düşük spin durumları için farklı yarıçaplar verir. Pauling'in yarıçaplarıyla tutarlı olmak amacıyla Shannon, r₍ion₎(O2-) = 140 pm değerini kullanmış; bu değeri kullanan veriler “etkin (effective) iyonik yarıçaplar” olarak adlandırılmıştır. Bununla birlikte Shannon, r₍ion₎(O2-) = 126 pm değerine dayanan verileri de içerir; bu veriler “kristal iyonik yarıçaplar” olarak anılır. Shannon'a göre, kristal yarıçaplar katı hâlde iyonların fiziksel boyutlarına daha yakındır. Bu iki veri kümesi aşağıdaki iki tabloda listelenmiştir.

## Tablolar

## Yumuşak küre modeli

Birçok bileşik için, iyonların sert küreler olarak kabul edildiği model, kristallerde yüksek hassasiyetle ölçülebilen iyonlar arası mesafeyi (d_{mx}) yeterli doğrulukta açıklayamaz. Hesaplamaların doğruluğunu artırmaya yönelik yaklaşımlardan biri, iyonların kristal yapı içinde birbirleriyle kısmen örtüşebilen “yumuşak küreler” olarak modellenmesidir. Bu durumda iyonlar örtüştüğü için, kristaldeki iyonlar arası uzaklık yumuşak küre yarıçaplarının toplamından daha küçük olur.

:{d_{mx}}^k = {r_m}^k + {r_x}^k,

Burada k, kristal yapı tipine bağlı olarak değişen bir üstel parametredir. Sert küre modelinde k değeri 1 olur ve bu durumda
{d_{mx}} = {r_m} + {r_x} bağıntısı elde edilir.

 

Yumuşak küre modelinde k değeri 1 ile 2 arasında yer alır. Örneğin, sodyum klorür yapısına sahip 1. grup halojenür kristalleri için k = 1{,}6667 değeri, deneysel sonuçlarla iyi bir uyum sağlar. Bazı yumuşak küre iyonik yarıçapları tabloda verilmiştir. Bu yarıçaplar, yukarıda verilen kristal yarıçaplardan (Li+ için 90 pm, Cl- için 167 pm) daha büyüktür. Bu yarıçaplar kullanılarak hesaplanan iyonlar arası uzaklıklar, deneysel değerlerle dikkat çekici derecede iyi bir uyum gösterir. Bazı örnek veriler tabloda sunulmuştur. İlginç bir şekilde, k'yı içeren bu denklem için henüz teorik bir gerekçe ortaya konmamıştır.

## Küresel olmayan İyonlar
İyonik yarıçap kavramı, iyonların küresel bir şekle sahip olduğu varsayımına dayanır. Ancak grup kuramı açısından bakıldığında, bu varsayım yalnızca yüksek simetrili kristal örgü noktalarında bulunan iyonlar için geçerlidir. Örneğin holejenür (NaCl) yapısındaki Na ve Cl iyonları ya da sfalerit (ZnS) yapısındaki Zn ve S iyonları gibi iyonlara bu kuram uygulanabilir. İlgili örgü noktasının nokta simetri grubu dikkate alındığında net bir ayrım yapılabilir; NaCl ve ZnS yapılarında bu gruplar sırasıyla kübik Oh ve Td'dir.

Daha düşük simetrili örgü noktalarında bulunan iyonlar için, elektron yoğunluğunun küresel şekilden önemli sapmalar göstermesi mümkündür. Bu durum özellikle polar simetriye sahip örgü noktalarındaki iyonlar için geçerlidir; bunlar kristalografik nokta grupları C1, C1h, Cn veya Cnv (n = 2, 3, 4 ya da 6) olarak sınıflandırılır.

Yakın zamanda, tek değerlikli kalkojen iyonlarının C3 örgü noktalarında bulunduğu pirit tipi bileşikler için bağlanma geometrisinin ayrıntılı bir analizi yapılmıştır. Bu çalışmada, kalkojen iyonlarının, simetri ekseni boyunca ve bu eksene dik doğrultuda farklı yarıçaplara sahip elipsoidal yük dağılımları ile modellenmesi gerektiği gösterilmiştir.

## Ayrıca bakınız
* Atomik yörünge
* Elementlerin atom yarıçapları (veri sayfası)
* Born denklemi
* Kovalent yarıçapı
* Elektrit
* İyon potansiyeli
* İyon yarıçap oranı
* Pauling kuralı
* Stokes yarıçapı
* Van der Waals yarıçapı

## Kaynakça