ЕФЕКТИВЕН ЯДРЕН ЗАРЯД: КОНЦЕПЦИЯ, КАК ДА СЕ ИЗЧИСЛИ И ПРИМЕРИ - ХИМИЯ - 2025

На ефективна ядрена заряд (Зеф) е притегателната сила, че упражнява ядро на всяка от електроните след намалява от ефектите на екраниране и проникване. Ако нямаше такива ефекти, електроните щяха да почувстват привлекателната сила на действителния ядрен заряд Z.

В долното изображение имаме атомен модел на Бор за фиктивен атом. Ядрото му има ядрен заряд Z = + n, което привлича електроните, които обикалят около него (сините кръгове). Вижда се, че два електрона са в орбита по-близо до ядрото, докато третият електрон лежи по-далеч от него.

Третият електрон орбитира, усещайки електростатичните отблъсквания на другите два електрона, така че ядрото го привлича с по-малка сила; тоест взаимодействието ядро-електрон намалява в резултат на екранирането на първите два електрона.

Така първите два електрона усещат привлекателната сила на + n заряд, а третият вместо това изпитва ефективен ядрен заряд от + (n-2).

Този Зеф обаче би бил валиден само ако разстоянията (радиусът) до ядрото на всички електрони винаги са били постоянни и определени, локализирайки техните отрицателни заряди (-1).

понятие

Протоните определят ядрата на химичните елементи, а електроните определят тяхната идентичност в рамките на набор от характеристики (групите от периодичната таблица).

Протоните увеличават ядрения заряд Z със скорост n + 1, която се компенсира чрез добавяне на нов електрон за стабилизиране на атома.

С увеличаването на броя на протоните ядрото се „покрива“ от динамичен облак от електрони, в който регионите, през които те циркулират, се определят от вероятностните разпределения на радиалните и ъглови части на вълновите функции (орбитали).

От този подход електроните не орбитират в определена област от пространството около ядрото, а по-скоро като лопатките на бързо въртящ се вентилатор се размиват във формите на познатите s, p, d и f орбитали.

Поради тази причина отрицателният заряд -1 на електрон се разпределя от онези региони, през които орбиталите проникват; колкото по-голям е проникващият ефект, толкова по-голям е ефективният ядрен заряд, който споменатия електрон ще изпита в орбиталата.

Ефекти на проникване и екраниране

Според горното обяснение, електроните във вътрешните обвивки не допринасят заряд от -1 към стабилизиращото отблъскване на електроните във външните обвивки.

Това ядро ​​(черупките, по-рано изпълнени с електрони) обаче служи като "стена", която не позволява на атрактивната сила на ядрото да достигне до външните електрони.

Това е известно като екранен ефект или екраниращ ефект. Също така, не всички електрони във външните обвивки изпитват еднаква степен на този ефект; например, ако заемате орбитала, която има висок проникващ характер (тоест, който преминава много близо до ядрото и други орбитали), тогава ще почувствате по-висок Зеф.

В резултат на това възниква ред на енергийна стабилност като функция на тези Zef за орбиталите: s

Това означава, че 2p орбиталата има по-висока енергия (по-малко стабилизирана от заряда на ядрото) от 2s орбиталата.

Колкото по-слаб е ефектът на проникване, упражнен от орбиталата, толкова по-малък е екранният му ефект върху останалите външни електрони. Орбиталите d и f показват много дупки (възли), където ядрото привлича други електрони.

Как да го изчислим?

Ако приемем, че отрицателните заряди са локализирани, формулата за изчисляване на Zef за всеки електрон е:

Zef = Z - σ

В тази формула σ е екраниращата константа, определена от електроните на ядрото. Това е така, защото теоретично най-външните електрони не допринасят за екранирането на вътрешните електрони. С други думи, 1S ² щитове на 2s ¹ електрон, но 2s ¹ не Z щит 1-ци ² електрони.

Ако Z = 40, пренебрегвайки споменатите ефекти, тогава последният електрон ще изпита Zef, равен на 1 (40-39).

Правилото на Слейтър

Правилото на Слейтър е добро сближаване на стойностите на Zef за електроните в атома. За да го приложите, следвайте стъпките по-долу:

1- Електронната конфигурация на атома (или йона) трябва да се запише, както следва:

(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f)…

2- Електроните, които са вдясно от разглеждания, не допринасят за екраниращия ефект.

3- Електроните, които са в една и съща група (маркирани с скоби), осигуряват 0,35 заряд на електрона, освен ако това не е група 1s, вместо това е 0,30.

4- Ако електронът заема соб орбитала, тогава всички n-1 орбитали допринасят 0,85, а всички n-2 орбитали една единица.

5- В случай, че електронът заема dof орбитала, всички тези отляво допринасят с една единица.

Примери

Определете Zef за електроните в 2s орбитала

След режима на представяне на Слейтър, електронната конфигурация на Be (Z = 4) е:

(1s ²) (2s ² 2p ⁰)

Тъй като в орбиталата има два електрона, единият от тях допринася за екранирането на другия, а орбиталата 1s е n-1 на 2s орбиталата. След това, развивайки алгебраичната сума имаме следното:

(0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05

0,35 идва от електрона 2s, а 0,85 - от двата 1s електрона. Сега, прилагайки формулата на Zef:

Зеф = 4 - 2.05 = 1.95

Какво означава това? Това означава, че електроните в орбиталата 2s ² изпитват заряд от +1.95, което ги привлича към ядрото, вместо към действителния заряд от +4.

Определете Zef за електроните в 3p орбиталата

Отново продължава, както в предишния пример:

(1s ²) (2s ² 2p ⁶) (3s ² 3p ³)

Сега алгебраичната сума е разработена за определяне на σ:

(, 35) (4) + (0.85) (8) + (1) (2) = 10.2

И така, Zef е разликата между σ и Z:

Зеф = 15-10.2 = 4.8

В заключение, последните 3P ³ електроните изпитват заряд три пъти по-малко силен от реалния. Трябва също да се отбележи, че според това правило, 3s ² електроните претърпят същото Зеф, резултат, който може да се постави под съмнение в това отношение.

Съществуват обаче промени в правилото на Слейтър, които помагат да се приближат изчислените стойности до действителните.

Препратки

1. Химия Libretexts. (2016 г., 22 октомври). Ефективна ядрена такса. Взета от: chem.libretexts.org
2. Шивър и Аткинс. (2008 г.). Неорганична химия. В Елементите на група 1. (Четвърто издание., Страници 19, 25, 26 и 30). Mc Graw Hill.
3. Правилото на Слейтър. Взета от: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Защитният ефект и ефективният ядрен заряд. Взета от:urs.lumenlearning.com
5. Хоке, Крис. (23 април 2018 г.). Как да изчислим ефективния ядрен заряд. Sciencing. Взета от: sciaching.com
6. Д-р Арлин Кортни. (2008 г.). Периодични тенденции. Университета в Западен Орегон. Взето от: wou.edu