De Effectieve nucleaire lading (Zef) is de aantrekkingskracht die door de kern wordt uitgeoefend op een van de elektronen nadat deze is verminderd door de effecten van afscherming en penetratie. Als dergelijke effecten niet waren, zouden de elektronen de aantrekkingskracht van de echte nucleaire lading Z voelen.
In de onderstaande afbeelding hebben we het Bohr-atoommodel voor een fictief atoom. De kern heeft een nucleaire lading Z = + n, die de elektronen aantrekt die eromheen draaien (de blauwe cirkels). Het is te zien dat twee elektronen zich in een baan dichter bij de kern bevinden, terwijl het derde elektron op grotere afstand daarvan ligt..
Het derde elektron draait rond en voelt de elektrostatische afstoting van de andere twee elektronen, dus de kern trekt het met minder kracht aan; dat wil zeggen, de kern-elektron-interactie neemt af als gevolg van de afscherming van de eerste twee elektronen.
Dus de eerste twee elektronen voelen de aantrekkingskracht van a + n lading, maar de derde ervaart in plaats daarvan een effectieve nucleaire lading van + (n-2)..
Genoemde Zef zou echter alleen geldig zijn als de afstanden (de straal) tot de kern van alle elektronen altijd constant en duidelijk waren, en hun negatieve ladingen lokaliseren (-1).
Artikel index
Protonen definiëren de kernen van chemische elementen en elektronen bepalen hun identiteit binnen een reeks kenmerken (de groepen van het periodiek systeem)..
Protonen verhogen de nucleaire lading Z met een snelheid van n + 1, die wordt gecompenseerd door de toevoeging van een nieuw elektron om het atoom te stabiliseren.
Naarmate het aantal protonen toeneemt, wordt de kern 'bedekt' door een dynamische wolk van elektronen, waarin de gebieden waardoor ze circuleren, worden bepaald door de kansverdelingen van de radiale en hoekige delen van de golffuncties (de orbitalen).
Vanuit deze benadering draaien de elektronen niet in een bepaald gebied van de ruimte rond de kern, maar vervagen ze, net als de bladen van een snel roterende ventilator, in de vorm van de bekende orbitalen s, p, d en f..
Om deze reden wordt de negatieve lading -1 van een elektron verdeeld door die gebieden waarin de orbitalen doordringen; hoe groter het doordringende effect, hoe groter de effectieve kernlading die het elektron in de orbitaal zal ervaren.
Volgens bovenstaande uitleg dragen de elektronen in de binnenschillen geen -1 lading bij aan de stabiliserende afstoting van de elektronen in de buitenschillen..
Deze kern (de omhulsels die voorheen gevuld waren met elektronen) dient echter als een "muur" die verhindert dat de aantrekkingskracht van de kern de buitenste elektronen bereikt..
Dit staat bekend als het schermeffect of het afschermeffect. Ook ervaren niet alle elektronen in de buitenste schillen dezelfde omvang van dit effect; Als u bijvoorbeeld een orbitaal bezet met een hoog penetrerend karakter (dat wil zeggen, die zeer dicht bij de kern en andere orbitalen passeert), dan voelt u een hogere Zef.
Als gevolg hiervan ontstaat een orde van energetische stabiliteit als functie van deze Zef voor de orbitalen: s Dit betekent dat de 2p-orbitaal een hogere energie heeft (minder gestabiliseerd door de lading van de kern) dan de 2s-orbitaal.. Hoe slechter het penetratie-effect uitgeoefend door de orbitaal, hoe minder het afschermende effect op de rest van de externe elektronen zal zijn. De d- en f-orbitalen vertonen veel gaten (knooppunten) waar de kern andere elektronen aantrekt. Ervan uitgaande dat de negatieve ladingen gelokaliseerd zijn, is de formule voor het berekenen van Zef voor elk elektron: Zef = Z - σ In deze formule is σ de afschermconstante bepaald door de elektronen van de kern. Dit komt omdat, theoretisch, de buitenste elektronen niet bijdragen aan de afscherming van de binnenste elektronen. Met andere woorden, 1stwee schild elektron 2s1, maar 2s1 schermt Z-elektronen 1s niet aftwee. Als Z = 40, waarbij de genoemde effecten worden verwaarloosd, zal het laatste elektron een Zef ervaren gelijk aan 1 (40-39). De regel van Slater is een goede benadering van de Zef-waarden voor de elektronen in het atoom. Volg de onderstaande stappen om het toe te passen: 1- De elektronische configuratie van het atoom (of ion) moet als volgt worden geschreven: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) ... 2- De elektronen die zich rechts van de beschouwde elektronen bevinden, dragen niet bij aan het afschermende effect. 3- De elektronen die zich binnen dezelfde groep bevinden (gemarkeerd door de haakjes) leveren 0,35 van de lading van het elektron, tenzij het de 1s-groep is, in plaats daarvan 0,30. 4- Als het elektron een s- of p-orbitaal bezet, dragen alle n-1-orbitalen 0,85 bij, en alle n-2-orbitalen een eenheid. 5- In het geval dat het elektron een d- of f-orbitaal bezet, dragen alle links daarvan één eenheid bij. Volgens de weergavemodus van Slater is de elektronische configuratie van Be (Z = 4): (1 sectwee) (2 sectwee2 Blz0 Omdat er twee elektronen in de orbitaal zijn, draagt een van deze bij aan de afscherming van de andere, en de 1s-orbitaal is de n-1 van de 2s-orbitaal. Vervolgens ontwikkelen we de algebraïsche som en hebben we het volgende: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 De 0,35 kwam van het 2s-elektron en de 0,85 van de twee 1s-elektronen. Nu, de formule van Zef toepassen: Zef = 4 - 2,05 = 1,95 Wat betekent dit? Het betekent dat de elektronen zich in de 2s-orbitaal bevindentwee ervaar een lading van +1,95 die hen naar de kern trekt, in plaats van de daadwerkelijke lading van +4. Nogmaals, het gaat verder zoals in het vorige voorbeeld: (1stwee) (2 sectwee2 Blz6) (3 sectwee3p3 Nu wordt de algebraïsche som ontwikkeld om σ te bepalen: (, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2 Dus Zef is het verschil tussen σ en Z: Zef = 15-10,2 = 4,8 Tot slot, de laatste 3p-elektronen3 ze ervaren een belasting die drie keer minder is dan de echte. Er moet ook worden opgemerkt dat, volgens deze regel, de 3s-elektronentwee ervaar dezelfde Zef, een resultaat dat er twijfels over kan doen rijzen. Er zijn echter wijzigingen in de regel van Slater die helpen bij het benaderen van de berekende waarden van de werkelijke waarden..Hoe het te berekenen?
De regel van Slater
Voorbeelden
Bepaal Zef voor de elektronen in de 2s-orbitaaltwee in beryllium
Bepaal Zef voor de elektronen in de 3p-orbitaal3 van fosfor
Referenties
Niemand heeft nog op dit artikel gereageerd.