Sådan beregnes effektiv atomafgift

Effektiv nuklear ladning refererer til den ladning, der føles af de yderste (valens) elektroner i a multi-elektronatom efter antallet af afskærmningselektroner, der omgiver kernen, tages med konto. Tendensen i det periodiske system er at stige over en periode og stige nedad i en gruppe.

Formlen til beregning af den effektive nukleare ladning for en enkelt elektron er:

Z_eff *=* Z−S

• Z_eff er den effektive nukleare ladning eller Z effektiv
• Z er antallet af protoner i kernen, atomnummeret
• S er den gennemsnitlige mængde elektrondensitet mellem kernen og elektronen

Beregning af effektiv nuklear ladning indebærer forståelse af Z- og S-værdierne. Z er atomnummer, og S kræver brug af Slaters regler for at bestemme en elektronsky-afskærmningsværdi mellem kernen og den pågældende elektron.

Eksempel på problem: Hvad er den effektive nukleare ladning for valenselektronen i natrium?

Z er antallet af protoner i atomens kerne, og dette bestemmer den positive ladning af kernen. Antallet af protoner i kernen i et atom er også kendt som atomnummeret.

Brug det periodiske system med elementer til at finde det ønskede atomnummer. I eksemplet ovenfor har natrium, symbolet Na, atomnummer 11.

Skriv elementets elektronkonfiguration i følgende rækkefølge og grupperinger:

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

Husk at tallene (1, 2, 3.. .) svarer til det primære kvantetal eller energiskalniveauet for elektronerne i atomet, og dette betegner hvor langt væk elektronerne er fra kernen. Bogstaverne (s, p, d, f) svarer til den givne form af en elektronens orbital. For eksempel er "s" en sfærisk orbital form, og "p" ligner en figur 8.

For natrium er elektronkonfigurationen (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

I eksemplet ovenfor har natrium 11 elektroner: to elektroner i det første energiniveau (1), otte elektroner i det andet energiniveau (2) og en elektron i det tredje energiniveau. Elektronen i 3'erne¹ orbital er fokus for eksemplet.

Værdien S kan beregnes ved hjælp af Slater's Rules, opkaldt efter videnskabsmanden John C. Slater, der udviklede dem. Disse regler giver afskærmningsværdier til hver elektron. Gør ikke inkluderer en værdi af elektronen af ​​interesse. Tildel følgende værdier:

1. Ethvert elektron til højre for elektronet af interesse indeholder ingen afskærmningsværdi.
2. Elektroner i den samme gruppe (som fundet i elektronkonfigurationsgruppering i trin 2) som elektronen af ​​interesse afskærmer 0,35 nukleare ladningsenheder.
3. For s- eller p-elektroner: elektroner med en mindre værdi af det primære kvantetal (energiniveau: 1, 2, 3.. .) tildeles 0,85 enheder med nuklear afgift. Elektroner fandt to eller flere energiniveauer lavere skjold 1,00 enhed.
4. For d- eller f-elektroner: alle elektroner beskytter 1,00 enhed.

For eksemplet ovenfor ville svarene for Na være:

1. 0; der er ingen elektroner højere (eller til højre i den elektroniske konfiguration)
2. 0; der er ingen andre elektroner i 3s orbital af Na.
3. 8,8; Kræver to beregninger: For det første er der otte elektroner i energiniveau 2-skal, to i s-skal og seks i p; 8 × 0,85 = 6,8. Plus, siden 1'erne² elektroner er to niveauer fra elektronen af ​​interesse: 2 × 1.
4. 0; der er ingen d- eller f-elektroner.

Tilføj alle afskærmningsafgifter beregnet ved hjælp af Slaters regler.

I prøveopgaven summer afskærmningsværdierne sig til 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Anbring værdierne for Z og S i den effektive formel for nuklear ladning:

Z_eff *=* Z−S

I ovenstående eksempel for Na: 11 - 8,8 = 2,2

Den effektive nukleare ladning i 3'erne¹ elektron i natriumatomet er 2,2. Bemærk værdien er en afgift og indeholder ingen enheder.