De effektiv kärnkraftsladdning (Zef) är den attraktiva kraft som kärnan utövar på någon av elektronerna efter att ha reducerats av effekterna av skärmning och penetration. Om det inte fanns några sådana effekter skulle elektronerna känna den attraktiva kraften hos den verkliga kärnladdningen Z.
I bilden nedan har vi Bohr-atommodellen för en fiktiv atom. Dess kärna har en kärnladdning Z = + n, som lockar elektronerna som kretsar runt den (de blå cirklarna). Man kan se att två elektroner befinner sig i en omloppsbana närmare kärnan, medan den tredje elektronen ligger på ett större avstånd från den..
Den tredje elektronen kretsar och känner de elektrostatiska avstötningarna från de andra två elektronerna, så kärnan lockar den med mindre kraft; det vill säga kärn-elektron-interaktionen minskar som ett resultat av skärmningen av de två första elektronerna.
Så de två första elektronerna känner den attraktiva kraften av en + n laddning, men den tredje upplever en effektiv kärnladdning av + (n-2) istället..
Men Zef skulle endast vara giltigt om avstånden (radien) till kärnan hos alla elektroner alltid var konstanta och bestämda och lokaliserade deras negativa laddningar (-1).
Artikelindex
Protoner definierar kärnorna hos kemiska element och elektroner definierar deras identitet inom en uppsättning egenskaper (grupperna i det periodiska systemet)..
Protoner ökar kärnladdningen Z med hastigheten n + 1, vilket kompenseras genom tillsats av en ny elektron för att stabilisera atomen.
När antalet protoner ökar "täcks" kärnan av ett dynamiskt elektronmoln, i vilket regionerna genom vilka de cirkulerar definieras av sannolikhetsfördelningarna av de radiella och vinklade delarna av vågfunktionerna (orbitalerna).
Från detta tillvägagångssätt kretsar elektronerna inte i ett definierat område av rymden runt kärnan, utan snarare, som bladen på en snabbt roterande fläkt, suddas ut i formerna av de kända orbitalerna s, p, d och f.
Av denna anledning fördelas den negativa laddningen -1 hos en elektron av de regioner som orbitalerna tränger in; ju större den penetrerande effekten är, desto större är den effektiva kärnladdning som elektronen kommer att uppleva i banan.
Enligt förklaringen ovan bidrar inte elektronerna i de inre skalen med en -1 laddning till det stabiliserande avstötningen av elektronerna i de yttre skalen..
Denna kärna (skalen som tidigare har fyllts av elektroner) fungerar dock som en "vägg" som förhindrar att kärnans attraktiva kraft når de yttre elektronerna..
Detta kallas skärmeffekt eller skärmningseffekt. Dessutom upplever inte alla elektroner i de yttre skalen samma storleken av denna effekt; till exempel om du ockuperar en orbital som har en hög penetrerande karaktär (det vill säga som passerar mycket nära kärnan och andra orbitaler), kommer du att känna en högre Zef.
Som ett resultat uppstår en ordning med energisk stabilitet som en funktion av dessa Zef för orbitalerna: s Detta betyder att 2p-banan har högre energi (mindre stabiliserad av kärnans laddning) än 2s-banan.. Ju sämre penetreringseffekten som utövas av banan, desto mindre blir dess skärmande effekt på resten av de yttre elektronerna. D- och f-orbitalerna visar många hål (noder) där kärnan lockar andra elektroner. Förutsatt att de negativa laddningarna är lokaliserade är formeln för beräkning av Zef för vilken elektron som helst: Zef = Z - σ I denna formel σ är skärmningskonstanten bestämd av kärnans elektroner. Detta beror på att de yttersta elektronerna teoretiskt inte bidrar till avskärmningen av de inre elektronerna. Med andra ord, 1stvå sköldelektron 2s1, men 2s1 skyddar inte Z-elektroner 1stvå. Om Z = 40, försummar de nämnda effekterna, kommer den sista elektronen att uppleva en Zef lika med 1 (40-39). Slaters regel är en bra approximation av Zef-värdena för elektronerna i atomen. Följ stegen nedan för att tillämpa den: 1- Atomens (eller jonens) elektroniska konfiguration bör skrivas enligt följande: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) ... 2- De elektroner som ligger till höger om den som betraktas bidrar inte till skärmningseffekten. 3- Elektronerna som är inom samma grupp (markerade med parenteser) ger 0,35 laddningen för elektronen såvida det inte är 1s-gruppen, istället 0,30. 4- Om elektronen upptar en s- eller p-orbital, bidrar alla n-1-orbitalerna med 0,85, och alla n-2-orbitalerna är en enhet. 5- Om elektronen upptar en d- eller f-bana, bidrar alla till vänster med en enhet. Efter Slaters representationssätt är den elektroniska konfigurationen av Be (Z = 4): (1stvå) (2stvå2 s0) Eftersom det finns två elektroner i omloppet, bidrar en av dessa till avskärmningen av den andra, och 1-omloppet är n-1 av 2-omloppet. Sedan utvecklar vi den algebraiska summan: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 0,35 kom från 2s-elektronen och 0,85 från de två 1-elektronerna. Tillämpar nu Zefs formel: Zef = 4 - 2,05 = 1,95 Vad betyder det här? Det betyder att elektronerna i 2s omlopptvå uppleva en +1,95 laddning som drar dem mot kärnan, snarare än den faktiska +4 laddningen. Återigen fortsätter det som i föregående exempel: (1stvå) (2stvå2 s6) (3stvå3p3) Nu är den algebraiska summan utvecklad för att bestämma σ: (, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2 Så Zef är skillnaden mellan σ och Z: Zef = 15-10,2 = 4,8 Sammanfattningsvis de sista 3p-elektronerna3 de upplever en belastning tre gånger mindre än den verkliga. Det bör också noteras att, enligt denna regel, 3-elektronernatvå uppleva samma Zef, ett resultat som kan väcka tvivel om det. Det finns dock modifieringar av Slaters regel som hjälper till att approximera de beräknade värdena för de faktiska..Hur man beräknar det?
Slaters regel
Exempel
Bestäm Zef för elektronerna i 2s-omloppettvå i beryllium
Bestäm Zef för elektronerna i 3p-omloppet3 av fosfor
Referenser
Ingen har kommenterat den här artikeln än.