Dzielić:
Efektywna koncepcja obciążenia jądrowego, obliczanie i przykłady
The skuteczne obciążenie jądrowe (Zef) jest siłą przyciągania wywieraną przez jądro na którykolwiek z elektronów po zmniejszeniu przez efekty przesiewania i penetracji. Gdyby nie było takich efektów, elektrony wyczułyby atrakcyjną siłę rzeczywistego ładunku jądrowego Z.
Na dolnym obrazie mamy model atomowy Bohra dla fikcyjnego atomu. Jej jądro ma ładunek jądrowy Z = + n, który przyciąga elektrony krążące wokół (niebieskie kółka). Widać, że dwa elektrony znajdują się na orbicie bliżej jądra, podczas gdy trzeci elektron leży w większej odległości od tego.
Trzeci elektron orbituje wyczuwając odpychanie elektrostatyczne pozostałych dwóch elektronów, więc jądro przyciąga je z mniejszą siłą; to znaczy, interakcja jądro-elektron zmniejsza się w wyniku ekranowania pierwszych dwóch elektronów.
Następnie pierwsze dwa elektrony odczuwają siłę przyciągania ładunku + n, ale trzecia doświadcza zamiast tego skutecznego ładunku jądrowego + (n-2).
Jednakże takie Zef być ważny tylko wtedy, gdy odległości (kości promieniowej) dla wszystkich podstawowych elektrony zawsze stała i określona, zlokalizowanie ich ładunek ujemny (-1).
Indeks
- 1 koncepcja
- 1.1 Efekty penetracji i przesiewania
- 2 Jak to obliczyć?
- 2.1 Reguła Slatera
- 3 Przykłady
- 3.1 Określenie Zef dla elektronów orbitalu 2s2 w berylu
- 3.2 Określenie Zef dla elektronów w orbicie luminoforu 3
- 4 odniesienia
Koncepcja
Protony definiują jądra pierwiastków chemicznych, a elektrony ich tożsamość w ramach zestawu cech (grupy układu okresowego).
Protony zwiększają ładunek jądrowy Z w tempie n + 1, co jest kompensowane przez dodanie nowego elektronu w celu stabilizacji atomu.
Wraz ze wzrostem liczby protonów, rdzeń „obejmuje” dynamicznego chmura elektronów, w którym regiony, w których krążą są określone przez rozkład prawdopodobieństwa części promieniowe i kątowe tych funkcji fali ( orbitale).
W tym podejściu, orbity elektronów w określonym obszarze przestrzeni wokół rdzenia, ale, podobnie jak łopatki wentylatora obracającego się szybko znikają w postaciach znanych s orbitalnych, P, D i F.
Z tego powodu ładunek ujemny -1 elektronu jest rozprowadzany przez te obszary, które penetrują orbitale; im większy efekt penetracji, tym większy efektywny ładunek jądrowy, którego elektron będzie doświadczał w orbicie.
Efekty penetracji i przesiewania
Zgodnie z poprzednim wyjaśnieniem, elektrony warstw wewnętrznych nie przyczyniają się do ładunku -1 do stabilizującego odpychania elektronów z zewnętrznych warstw.
Jednak to jądro (warstwy wcześniej wypełnione elektronami) służy jako „ściana”, która zapobiega dotarciu siły przyciągającej jądra do zewnętrznych elektronów.
Efekt ten znany jest jako ekran lub ekranowania. Ponadto, nie wszystkie elektrony wystąpić zewnętrznych warstw o tej samej wielkości w tym celu; Na przykład, jeśli zajmując orbitalny o charakterze wysoko penetrującym (tj przelatujących blisko jądra i inne orbitalny), to czuję się bardziej Zef.
W rezultacie istnieje kolejność stabilności energii oparta na tych Zef dla orbitali: s Oznacza to, że orbital 2p ma wyższą energię (mniej stabilizowaną przez ładunek rdzenia) niż orbital 2s. Im gorszy jest efekt penetracji przez orbitę, tym mniejszy jest efekt ekranowania na resztę zewnętrznych elektronów. Orbitale d i f wykazują wiele dziur (węzłów), w których jądro przyciąga inne elektrony. Zakładając, że ładunki ujemne są zlokalizowane, wzór na obliczanie Zef dla dowolnego elektronu jest następujący: Zef = Z - σ We wspomnianym wzorze σ oznacza stałą ekranowania określoną przez elektrony jądra. Dzieje się tak dlatego, że teoretycznie najbardziej oddalone elektrony nie przyczyniają się do ekranowania wewnętrznych elektronów. Innymi słowy, 1s2 Osłania elektron 2s1, ale 2s1 nie chroni Z przed elektronami 1s2. Jeśli Z = 40, pomijając wspomniane efekty, ostatni elektron będzie doświadczał Zef równego 1 (40-39). Reguła Slatera jest dobrym przybliżeniem wartości Zef dla elektronów w atomie. Aby go zastosować, należy wykonać poniższe kroki: 1- Elektroniczna konfiguracja atomu (lub jonu) musi być napisana w następujący sposób: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) ... 2- Elektrony na prawo od rozważanego nie wpływają na efekt ekranowania. 3- Elektrony są w tej samej grupie (oznaczone za pomocą nawiasów) dostarczenie ładunku 0,35 elektronów chyba że daną grupę 1S, a nie jest 0,30. 4- Jeśli elektron zajmuje orbitę s lub p, to wszystkie orbitale n-1 przyczyniają się do 0,85, a wszystkie orbitale n-2 do jednostki. 5- W przypadku, gdy elektron zajmuje orbitę d lub f, wszyscy po jego lewej stronie mają jedną jednostkę. Zgodnie z trybem reprezentacji Slatera, elektroniczna konfiguracja Be (Z = 4) to: (1s2) (2s22p0) Jak w orbitalnej dwóch elektronów, jedna z nich przyczynia się do ekranowania drugą i 1s orbitalnych jest n-1 2s orbitalnej. Następnie rozwija sumę algebraiczną mamy następujący: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 0,35 pochodziło z elektronu 2s, a 0,85 z dwóch elektronów z 1s. Teraz, stosując wzór Zefa: Zef = 4 - 2,05 = 1,95 Co to znaczy? Oznacza to, że elektrony w orbicie 2s2 przeżywają ładunek +1,95, który przyciąga ich do jądra, zamiast rzeczywistego ładunku +4. Ponownie, kontynuuj jak w poprzednim przykładzie: (1s2) (2s22p6) (3s23p3) Teraz suma algebraiczna jest opracowywana w celu określenia σ: (, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2 Więc Zef jest różnicą między σ i Z: Zef = 15-10.2 = 4.8 Podsumowując, najnowsze elektrony 3p3 Doświadczają ładunku trzy razy słabszego niż rzeczywisty. Należy również zauważyć, że zgodnie z tą zasadą, 3s elektronów2 doświadczaj tego samego Zefa, wyniku, który może budzić wątpliwości. Istnieją jednak modyfikacje reguły Slatera, które pomagają w przybliżeniu obliczonych wartości rzeczywistych.Jak to obliczyć?
Reguła Slatera
Przykłady
Określ Zef dla elektronów orbitalnych 2s2 w berylu
Określ Zef dla elektronów w orbicie 3p3 fosforu
Referencje