Поделиться:
Концепция эффективной ядерной нагрузки, как рассчитать и примеры
эффективная ядерная нагрузка (Zef) - это сила притяжения, оказываемая ядром на любой из электронов после уменьшения из-за эффектов экранирования и проникновения. Если бы не было таких эффектов, электроны почувствовали бы силу притяжения фактического заряда ядра. Z.
На нижнем изображении мы имеем модель атома Бора для фиктивного атома. Его ядро имеет заряд ядра Z = + n, который притягивает электроны, которые вращаются вокруг (синие круги). Можно видеть, что два электрона находятся на орбите ближе к ядру, в то время как третий электрон находится на большем расстоянии от этого.
Третьи электронные орбиты чувствуют электростатические отталкивания двух других электронов, поэтому ядро притягивает его с меньшей силой; то есть взаимодействие ядро-электрон уменьшается в результате экранирования первых двух электронов..
Затем первые два электрона ощущают силу притяжения заряда + n, но третий испытывает вместо этого эффективный заряд ядра в виде + (n-2).
Однако указанный Zef будет действителен только в том случае, если расстояния (радиус) до ядра всех электронов всегда постоянны и определены, определяя местоположение их отрицательных зарядов (-1)..
индекс
- 1 Концепция
- 1.1 Проникновение и экранирование
- 2 Как рассчитать?
- 2.1 Правило Слейтера
- 3 примера
- 3.1. Определить Zef для электронов орбитали 2s2 в бериллии
- 3.2. Определить Zef для электронов в орбите люминофора 3
- 4 Ссылки
концепция
Протоны определяют ядра химических элементов, а электроны - их идентичность в пределах набора характеристик (группы периодической таблицы).
Протоны увеличивают заряд ядра Z со скоростью n + 1, что компенсируется добавлением нового электрона для стабилизации атома.
По мере увеличения числа протонов ядро «покрывается» динамическим облаком электронов, в котором области, через которые они циркулируют, определяются распределением вероятностей радиальной и угловой частей волновых функций ( орбитали).
При таком подходе электроны не движутся по орбите в определенной области пространства вокруг ядра, но, как если бы они были лопастями вентилятора, вращающегося быстро, они исчезают в форме известных орбиталей s, p, d и f..
По этой причине отрицательный заряд -1 электрона распределяется по тем областям, которые пронизывают орбитали; чем больше проникающий эффект, тем больше эффективный заряд ядра, который электрон испытает на орбите.
Эффекты проникновения и экранирования
Согласно предыдущему объяснению, электроны внутренних слоев не дают заряда -1 для стабилизирующего отталкивания электронов от внешних слоев.
Тем не менее, это ядро (слои, ранее заполненные электронами) служит «стенкой», препятствующей силе притяжения ядра достичь внешних электронов..
Это называется эффектом экрана или эффектом экрана. Кроме того, не все электроны во внешних слоях испытывают одинаковую величину этого эффекта; например, если они занимают орбиту, которая имеет высокий проникающий характер (то есть она проходит очень близко к ядру и другим орбиталям), то она будет ощущать больший Зеф.
В результате для орбиталей существует порядок энергетической устойчивости на основе этих Zef: s Это означает, что орбиталь 2p имеет более высокую энергию (менее стабилизированную зарядом ядра), чем орбита 2s. Чем слабее эффект проникновения, создаваемый орбиталью, тем меньше его экранное влияние на остальные внешние электроны. Орбитали d и f показывают много дырок (узлов), где ядро притягивает другие электроны. Предполагая, что отрицательные заряды находятся, формула для расчета Zef для любого электрона: Zef = Z - σ В указанной формуле σ - постоянная экранирования, определяемая электронами ядра. Это связано с тем, что теоретически внешние электроны не способствуют экранированию внутренних электронов. Другими словами, 1с2 Щит электрон 2с1, но 2с1 не защищает Z до 1 с электронов2. Если Z = 40, пренебрегая упомянутыми эффектами, то последний электрон будет испытывать Zef, равный 1 (40-39). Правило Слейтера является хорошим приближением значений Zef для электронов в атоме. Чтобы применить его, необходимо выполнить следующие шаги: 1- Электронная конфигурация атома (или иона) должна быть записана следующим образом: (1 с) (2 с 2 с) (3 с 3 с) (3d) (4 с 4 с) (4 с) (4 с) ... 2- Электроны справа от рассматриваемого не способствуют эффекту экранирования. 3- Электроны, которые находятся в одной группе (отмечены скобками), вносят 0,35 заряда электрона, если это не группа 1, находящаяся на своем месте 0,30.. 4- Если электрон занимает s или p орбиталь, то все n-1 орбитали дают 0,85, а все орбитали n-2 - единицу. 5- Если электрон занимает орбиталь d или f, все те, что находятся слева, вносят вклад в одну единицу. Следуя режиму представления Слейтера, электронная конфигурация Be (Z = 4): (1s2) (2с22р0) Так как на орбите есть два электрона, один из них способствует экранированию другого, а орбита 1s равна n-1 орбитали 2s. Тогда выработка алгебраической суммы имеет следующий вид: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 0,35 пришли от электрона 2s, а 0,85 от двух электронов от 1s. Теперь, применяя формулу Зефа: Zef = 4 - 2,05 = 1,95 Что это значит? Это означает, что электроны на орбите 2s2 они получают заряд +1,95, который притягивает их к ядру, вместо фактического заряда +4. Снова, продолжайте как в предыдущем примере: (1s2) (2с22р6) (3с23p3) Теперь алгебраическая сумма разработана для определения σ: (, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2 Итак, Zef - это разница между σ и Z: Zef = 15-10,2 = 4,8 В заключение последние 3p электронов3 Они испытывают заряд в три раза менее сильный, чем настоящий. Следует также отметить, что, согласно этому правилу, 3s электроны2 опыт тот же Zef, результат, который может вызвать сомнения в. Однако в правиле Слейтера есть модификации, которые помогают приблизить вычисленные значения к реальным..Как рассчитать?
Правило Слейтера
примеров
Определить Zef для 2s орбитальных электронов2 в бериллии
Определить Zef для электронов в 3p-орбитали3 фосфора
ссылки