كيفية حساب الشحنة النووية الفعالة

تشير الشحنة النووية الفعالة إلى الشحنة التي يشعر بها الإلكترونات الخارجية (التكافؤ) لـ a ذرة متعددة الإلكترونات بعد عدد الإلكترونات المحصنة التي تحيط بالنواة الحساب. الاتجاه في الجدول الدوري هو زيادة خلال فترة وزيادة أسفل مجموعة.

صيغة حساب الشحنة النووية الفعالة لإلكترون واحد هي:

ض_إف *=* ض−س

• ض_إف هي الشحنة النووية الفعالة ، أو Z فعالة
• Z هو عدد البروتونات في النواة ، العدد الذري
• S هو متوسط ​​كمية كثافة الإلكترون بين النواة والإلكترون

يتضمن حساب الشحنة النووية الفعالة فهم قيم Z و S. Z هو العدد الذري ، ويتطلب S استخدام قواعد سلاتر لتحديد قيمة حجب سحابة الإلكترون بين النواة والإلكترون قيد الدراسة.

مشكلة المثال: ما هي الشحنة النووية الفعالة لإلكترون التكافؤ في الصوديوم؟

Z هو عدد البروتونات في نواة الذرة ، وهذا يحدد الشحنة الموجبة للنواة. يُعرف أيضًا عدد البروتونات في نواة الذرة بالرقم الذري.

باستخدام جدول دوري للعناصر ، حدد العدد الذري المطلوب. في المثال أعلاه ، الصوديوم ، رمزه Na ، له العدد الذري 11.

اكتب التكوين الإلكتروني للعنصر بالترتيب والتجمعات التالية:

(1s) (2s، 2p) (3s، 3p) (3d) (4s، 4p) (4d)، (4f)، (5s، 5p)، (5d)، (5f).. .

تذكر أن الأرقام (1 ، 2 ، 3.. .) يتوافق مع الرقم الكمي الرئيسي أو مستوى غلاف الطاقة للإلكترونات في الذرة ، وهذا يحدد مدى بعد الإلكترونات عن النواة. تتوافق الأحرف (s ، p ، d ، f) مع الشكل المحدد لمدار الإلكترون. على سبيل المثال ، "s" شكل مدار كروي ، و "p" يشبه الشكل 8.

بالنسبة للصوديوم ، يكون تكوين الإلكترون (1s²) (2 ثانية²، 2 ص⁶) (3 ثوانٍ¹).

في المثال أعلاه ، يحتوي الصوديوم على 11 إلكترونًا: إلكترونان في مستوى الطاقة الأول (1) ، وثمانية إلكترونات في مستوى الطاقة الثاني (2) ، وإلكترون واحد في مستوى الطاقة الثالث. الإلكترون في 3s¹ المداري هو محور المثال.

يمكن حساب القيمة S باستخدام قواعد Slater ، التي سميت على اسم العالم John C. سلاتر الذي طورها. تعطي هذه القواعد قيم التدريع لكل إلكترون. يفعل ليس تتضمن قيمة الإلكترون محل الاهتمام. قم بتعيين القيم التالية:

1. أي إلكترونات على يمين الإلكترون المعني لا تحتوي على قيمة حماية.
2. الإلكترونات في نفس المجموعة (كما هو موجود في مجموعة تكوين الإلكترون في الخطوة 2) حيث أن الإلكترون محل الاهتمام يحجب 0.35 من وحدات الشحن النووية.
3. للإلكترونات s أو p: إلكترونات ذات قيمة أقل من رقم الكم الأساسي (مستوى الطاقة: 1 ، 2 ، 3.. .) يتم تخصيص 0.85 وحدة من الشحنة النووية. وجدت الإلكترونات مستويين أو أكثر من مستويات الطاقة أقل من وحدة الدرع 1.00.
4. بالنسبة للإلكترونات d أو f: تحمي جميع الإلكترونات وحدة 1.00.

بالنسبة للمثال أعلاه ، ستكون إجابات Na:

1. 0; لا توجد إلكترونات أعلى (أو إلى اليمين في التكوين الإلكتروني)
2. 0; لا توجد إلكترونات أخرى في مدار 3s لـ Na.
3. 8.8 ؛ يتطلب عمليتين حسابيتين: أولاً ، هناك ثمانية إلكترونات في غلاف مستوى الطاقة 2 ، واثنان في غلاف s ، وستة في غلاف p ؛ 8 × 0.85 = 6.8. بالإضافة إلى ذلك ، منذ 1s² الإلكترونات مستويان من الإلكترون محل الاهتمام: 2 × 1.
4. 0; لا توجد إلكترونات d أو f.

أضف جميع رسوم التدريع المحسوبة باستخدام قواعد سلاتر.

في مشكلة العينة ، مجموع قيم التدريع 8.8 (0 + 0 + 8.8 + 0).

ضع قيم Z و S في صيغة الشحنة النووية الفعالة:

ض_إف *=* ض−س

في المثال أعلاه لـ Na: 11 - 8.8 = 2.2

الشحنة النووية الفعالة لل 3 s¹ الإلكترون في ذرة الصوديوم 2.2. لاحظ أن القيمة عبارة عن رسوم ولا تحتوي على وحدات.