Berechnung der effektiven Kernladung

Die effektive Kernladung bezieht sich auf die Ladung, die von den äußersten (Valenz-)Elektronen von a. wahrgenommen wird Mehrelektronenatom, nachdem die Anzahl der Abschirmelektronen, die den Kern umgeben, berücksichtigt wird Konto. Der Trend im Periodensystem ist, über einen Zeitraum zuzunehmen und eine Gruppe nach unten zu nehmen.

Die Formel zur Berechnung der effektiven Kernladung für ein einzelnes Elektron lautet:

Z_eff *=* Z−S

• Z_eff ist die effektive Kernladung oder Z effektiv
• Z ist die Anzahl der Protonen im Kern, die Ordnungszahl
• S ist die durchschnittliche Elektronendichte zwischen dem Kern und dem Elektron

Die Berechnung der effektiven Kernladung beinhaltet das Verständnis der Z- und S-Werte. Z ist die Ordnungszahl, und S erfordert die Verwendung der Slater-Regeln, um einen Elektronenwolken-Abschirmwert zwischen dem Kern und dem betrachteten Elektron zu bestimmen.

Beispielaufgabe: Wie groß ist die effektive Kernladung für das Valenzelektron in Natrium?

Z ist die Anzahl der Protonen im Atomkern, die die positive Ladung des Atomkerns bestimmt. Die Anzahl der Protonen im Atomkern wird auch als Ordnungszahl bezeichnet.

Suchen Sie mithilfe eines Periodensystems der Elemente die gewünschte Ordnungszahl. Im obigen Beispiel hat Natrium, Symbol Na, die Ordnungszahl 11.

Schreiben Sie die Elektronenkonfiguration des Elements in der folgenden Reihenfolge und Gruppierung:

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

Denken Sie daran, dass die Zahlen (1, 2, 3.. .) entsprechen der Hauptquantenzahl oder dem Energieschalenniveau der Elektronen im Atom und gibt an, wie weit die Elektronen vom Kern entfernt sind. Die Buchstaben (s, p, d, f) entsprechen der gegebenen Form des Orbitals eines Elektrons. "s" ist beispielsweise eine kugelförmige Orbitalform und "p" ähnelt einer Zahl 8.

Für Natrium ist die Elektronenkonfiguration (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

Im obigen Beispiel hat Natrium 11 Elektronen: zwei Elektronen im ersten Energieniveau (1), acht Elektronen im zweiten Energieniveau (2) und ein Elektron im dritten Energieniveau. Das Elektron im 3s¹ Orbital steht im Mittelpunkt des Beispiels.

Der Wert S lässt sich nach den Slater’s Rules berechnen, benannt nach dem Wissenschaftler John C. Slater, der sie entwickelt hat. Diese Regeln geben jedem Elektron Abschirmwerte. Tun nicht einen Wert des interessierenden Elektrons einschließen. Weisen Sie die folgenden Werte zu:

1. Alle Elektronen rechts vom interessierenden Elektron enthalten keinen Abschirmwert.
2. Elektronen in derselben Gruppe (wie in der Elektronenkonfigurationsgruppierung in Schritt 2 gefunden) wie das interessierende Elektron schirmen 0,35 Kernladungseinheiten ab.
3. Für s- oder p-Elektronen: Elektronen mit einem Wert der Hauptquantenzahl weniger (Energieniveau: 1, 2, 3.. .) werden 0,85 Einheiten Kernladung zugewiesen. Elektronen, die zwei oder mehr Energiestufen gefunden haben, senken die Abschirmung um 1,00 Einheit.
4. Für d- oder f-Elektronen: alle Elektronen schirmen 1,00 Einheit ab.

Für das obige Beispiel wären die Antworten für Na:

1. 0; es gibt keine Elektronen höher (oder rechts in der elektronischen Konfiguration)
2. 0; es gibt keine anderen Elektronen im 3s-Orbital von Na.
3. 8.8; Erfordert zwei Berechnungen: Erstens gibt es acht Elektronen in der Energieniveau-2-Schale, zwei in der s-Schale und sechs in der p-Schale; 8 × 0,85 = 6,8. Außerdem seit den 1s² Elektronen sind zwei Ebenen vom interessierenden Elektron: 2 × 1.
4. 0; es gibt keine d- oder f-Elektronen.

Addieren Sie alle Abschirmladungen, die nach den Slater-Regeln berechnet wurden.

Im Beispielproblem summieren sich die Abschirmwerte zu 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Setzen Sie die Werte für Z und S in die effektive Kernladungsformel ein:

Z_eff *=* Z−S

Im obigen Beispiel für Na: 11 − 8,8 = 2,2

Die effektive Kernladung des 3s¹ Elektron im Natriumatom ist 2,2. Beachten Sie, dass der Wert eine Gebühr ist und keine Einheiten enthält.