Поділитися:
Ефективна концепція ядерного навантаження, як розрахувати і приклади
The ефективне ядерне навантаження (Zef) - сила притягання ядра на будь-який з електронів після зменшення ефектів скринінгу та проникнення. Якщо таких ефектів не було, електрони відчули б привабливу силу фактичного ядерного заряду Z.
У нижньому зображенні ми маємо атомну модель Бора для фіктивного атома. Його ядро має ядерний заряд Z = + n, який притягує електрони, що обертаються навколо (сині кола). Видно, що два електрони знаходяться на орбіті ближче до ядра, а третій електрон знаходиться на більшій відстані від цього ядра..
Треті електронні орбіти відчувають електростатичні відштовхування двох інших електронів, тому ядро притягує його з меншою силою; тобто взаємодія ядра-електрона зменшується в результаті екранування перших двох електронів.
Тоді перші два електрони відчувають притягальну силу заряду + n, а третій - замість ефективного ядерного заряду + (n-2)..
Проте, сказав Зеф, буде справедливо лише тоді, коли відстані (радіус) до ядра всіх електронів завжди будуть постійними і визначеними, локалізуючи їх негативні заряди (-1)..
Індекс
- 1 Концепція
- 1.1 Ефекти проникнення та скринінгу
- 2 Як розрахувати?
- 2.1 Правило Слейтера
- 3 Приклади
- 3.1 Визначити Zef для електронів орбіталі 2s2 в берилію
- 3.2 Визначення Zef для електронів у фосфорній орбіті 3
- 4 Посилання
Концепція
Протони визначають ядра хімічних елементів, а електрони - їх ідентичність у межах набору характеристик (групи періодичної таблиці)..
Протони збільшують ядерний заряд Z зі швидкістю n + 1, що компенсується додаванням нового електрона для стабілізації атома.
З ростом числа протонів ядро «покривається» динамічним хмарою електронів, в якому області, через які вони циркулюють, визначаються розподілом ймовірностей радіальних і кутових частин хвильових функцій ( орбіталі).
З цього підходу електрони не рухаються в певній області простору навколо ядра, але, як би вони були лопатями швидкого обертання вентилятора, вони зникають у форми відомих орбіталей s, p, d і f..
З цієї причини негативний заряд -1 електрона розподіляють ті області, які проникають через орбіталі; Чим більший проникаючий ефект, тим більший ефективний заряд ядер, який електрон буде відчувати в орбіталі.
Ефекти проникнення та скринінгу
Згідно з попереднім поясненням, електрони внутрішніх шарів не вносять заряд -1 до стабілізуючого відштовхування електронів від зовнішніх шарів..
Однак це ядро (шари, попередньо заповнені електронами) служить "стінкою", що перешкоджає притягуючій сили ядра досягати зовнішніх електронів.
Це відоме як ефект екрану або ефект скринінгу. Крім того, не всі електрони у зовнішніх шарах мають таку ж величину ефекту; наприклад, якщо вони займають орбіталь, яка має високий проникаючий характер (тобто, вона проходить дуже близько до ядра та інших орбіталей), то вона відчує більший Зеф.
В результаті виникає порядок енергетичної стабільності на основі цих Zef для орбіталей: s Це означає, що орбітальна 2p має більш високу енергію (менш стабілізовану зарядом ядра), ніж орбіталь 2s. Чим бідніший ефект проникнення чиниться орбітальною, тим нижче її екранний ефект на решту зовнішніх електронів. Орбиталі d і f показують багато отворів (вузлів), де ядро притягує інші електрони. Припускаючи, що негативні заряди розташовані, формула для обчислення Zef для будь-якого електрона: Zef = Z - σ У зазначеній формулі σ є константа екранування, яка визначається електронами ядра. Це пояснюється тим, що, теоретично, зовнішні електрони не сприяють екрануванню внутрішніх електронів. Іншими словами, 1s2 Захищає електрон 2s1, але 2s1 не захищає Z до 1s електронів2. Якщо Z = 40, нехтуючи згаданими ефектами, то останній електрон буде відчувати Зеф, рівний 1 (40-39). Правило Слейтера є гарною апроксимацією значень Zef для електронів в атомі. Щоб застосувати його, необхідно виконати наведені нижче дії. 1- Електронна конфігурація атома (або іона) повинна бути записана наступним чином: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) ... 2 - Електрони праворуч від розглянутого не сприяють ефекту екранування. 3 - Електрони, які знаходяться в межах однієї групи (позначені дужками), вносять 0.35 заряд електрона, якщо він не є групою 1s, перебуваючи на його місці.. 4 - Якщо електрон займає орбіталь s або p, то всі n-1 орбіталі вносять 0,85, а всі орбіталі n-2 одиниці. 5- У разі, якщо електрон займає орбіталь d або f, всі ті, що знаходяться з лівої сторони, вносять одну одиницю. Після режиму подання Slater електронна конфігурація Be (Z = 4): (1 с2) (2s22p0) Оскільки в орбіталі є два електрони, одна з них сприяє екрануванню іншого, а 1s - орбіталь n-1 орбіти 2s. Тоді розробка алгебраїчної суми має таке: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 0.35 походили від 2s-електрона, а 0.85 - від двох електронів з 1s. Тепер, застосовуючи формулу Зефа: Zef = 4 - 2,05 = 1,95 Що це означає? Це означає, що електрони в 2s орбіталі2 вони відчувають заряд +1.95, що притягує їх до ядра, замість фактичного заряду +4. Знову продовжуйте, як і в попередньому прикладі: (1 с2) (2s22p6) (3s23п3) Тепер алгебраїчна сума розроблена для визначення σ: (, 35) (4) + (0.85) (8) + (1) (2) = 10.2 Отже, Zef - це різниця між σ і Z: Zef = 15-10,2 = 4,8 На закінчення, останні 3p електрони3 Вони відчувають заряд у три рази менш сильний, ніж реальний. Слід також зазначити, що, згідно з цим правилом, 3s електронів2 відчути той же Zef, результат, який міг викликати сумніви. Однак, існують модифікації правила Слейтера, які допомагають наблизити обчислені значення реальних.Як його розрахувати?
Правило Слейтера
Приклади
Визначити Zef для 2s орбітальних електронів2 в берилію
Визначення Zef для електронів в 3p орбіталі3 фосфору
Список літератури