Πώς να υπολογίσετε την αποτελεσματική πυρηνική χρέωση

Το αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο αναφέρεται στο φορτίο που αισθάνεται τα εξώτατα (σθένα) ηλεκτρόνια του α άτομο πολλαπλών ηλεκτρονίων μετά τον αριθμό των ηλεκτρονίων θωράκισης που περιβάλλουν τον πυρήνα λογαριασμός. Η τάση στον περιοδικό πίνακα είναι η αύξηση σε μια περίοδο και η αύξηση μιας ομάδας.

Ο τύπος για τον υπολογισμό του πραγματικού πυρηνικού φορτίου για ένα μόνο ηλεκτρόνιο είναι:

Ζ_ε.φ. *=* Ζ−μικρό

• Ζ_ε.φ. είναι το πραγματικό πυρηνικό φορτίο, ή το Z αποτελεσματικό
• Το Ζ είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα, ο ατομικός αριθμός
• Το S είναι η μέση ποσότητα πυκνότητας ηλεκτρονίων μεταξύ του πυρήνα και του ηλεκτρονίου

Ο υπολογισμός του αποτελεσματικού πυρηνικού φορτίου περιλαμβάνει την κατανόηση των τιμών Z και S. Το Ζ είναι ατομικός αριθμός και το S απαιτεί τη χρήση των κανόνων του Slater για τον προσδιορισμό μιας τιμής προστασίας από σύννεφο ηλεκτρονίων μεταξύ του πυρήνα και του υπό εξέταση ηλεκτρονίου.

Παράδειγμα προβλήματος: Ποιο είναι το αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο για το ηλεκτρόνιο σθένους στο νάτριο;

Το Ζ είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου και αυτό καθορίζει το θετικό φορτίο του πυρήνα. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου είναι επίσης γνωστός ως ατομικός αριθμός.

Χρησιμοποιώντας έναν περιοδικό πίνακα στοιχείων, εντοπίστε τον επιθυμητό ατομικό αριθμό. Στο παραπάνω παράδειγμα, το νάτριο, το σύμβολο Na, έχει ατομικό αριθμό 11.

Γράψτε τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων του στοιχείου με την ακόλουθη σειρά και ομαδοποιήσεις:

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

Θυμηθείτε ότι οι αριθμοί (1, 2, 3.. .) αντιστοιχούν στον κύριο κβαντικό αριθμό ή το επίπεδο ενεργειακού κελύφους των ηλεκτρονίων στο άτομο και αυτό υποδεικνύει πόσο μακριά βρίσκονται τα ηλεκτρόνια από τον πυρήνα. Τα γράμματα (s, p, d, f) αντιστοιχούν στο δεδομένο σχήμα μιας τροχιακής ηλεκτρονίας. Για παράδειγμα, το "s" είναι ένα σφαιρικό τροχιακό σχήμα και το "p" μοιάζει με ένα σχήμα 8.

Για το νάτριο, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων είναι (1s²) (2 δευτ², 2ρ⁶) (3 δευτ¹).

Στο παραπάνω παράδειγμα, το νάτριο έχει 11 ηλεκτρόνια: δύο ηλεκτρόνια στο πρώτο επίπεδο ενέργειας (1), οκτώ ηλεκτρόνια στο δεύτερο επίπεδο ενέργειας (2) και ένα ηλεκτρόνιο στο τρίτο επίπεδο ενέργειας. Το ηλεκτρόνιο στα 3s¹ Το τροχιακό είναι το επίκεντρο του παραδείγματος.

Η τιμή S μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας το Slater’s Rules, το όνομά του από τον επιστήμονα John C. Slater που τα ανέπτυξε. Αυτοί οι κανόνες δίνουν τιμές θωράκισης σε κάθε ηλεκτρόνιο. Κάνω δεν συμπεριλάβετε μια τιμή του ηλεκτρονίου ενδιαφέροντος. Εκχωρήστε τις ακόλουθες τιμές:

1. Οποιαδήποτε ηλεκτρόνια στα δεξιά του ηλεκτρονίου ενδιαφέροντος δεν περιέχουν καμία τιμή θωράκισης.
2. Ηλεκτρόνια στην ίδια ομάδα (όπως βρίσκεται στην ομαδοποίηση διαμόρφωσης ηλεκτρονίων στο Βήμα 2) με το ηλεκτρόνιο ενδιαφέροντος προστατεύει 0,35 μονάδες πυρηνικής φόρτισης.
3. Για ηλεκτρόνια s ή p: ηλεκτρόνια με μία μικρότερη τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού (επίπεδο ενέργειας: 1, 2, 3.. .) εκχωρούνται 0,85 μονάδες πυρηνικού φορτίου. Τα ηλεκτρόνια βρήκαν δύο ή περισσότερα επίπεδα ενέργειας χαμηλότερη ασπίδα 1,00 μονάδα.
4. Για ηλεκτρόνια d ή f: όλα τα ηλεκτρόνια προστατεύουν 1,00 μονάδα.

Για το παραπάνω παράδειγμα, οι απαντήσεις για το Na θα ήταν:

1. 0; δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια υψηλότερα (ή προς τα δεξιά στην ηλεκτρονική διαμόρφωση)
2. 0; Δεν υπάρχουν άλλα ηλεκτρόνια στην τροχιακή του Na 3s.
3. 8.8; Απαιτεί δύο υπολογισμούς: πρώτον, υπάρχουν οκτώ ηλεκτρόνια στο κέλυφος ενεργειακού επιπέδου 2, δύο στο κέλυφος s, και έξι στο p · 8 × 0,85 = 6,8. Επιπλέον, από το 1s² Τα ηλεκτρόνια είναι δύο επίπεδα από το ηλεκτρόνιο που ενδιαφέρει: 2 × 1.
4. 0; δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια d ή f.

Προσθέστε όλες τις χρεώσεις θωράκισης που υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τους κανόνες Slater

Στο πρόβλημα του δείγματος, οι τιμές θωράκισης ανέρχονται σε 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Τοποθετήστε τις τιμές για Z και S στον αποτελεσματικό τύπο πυρηνικής φόρτισης:

Ζ_ε.φ. *=* Ζ−μικρό

Στο παραπάνω παράδειγμα για Na: 11 - 8,8 = 2.2

Το πραγματικό πυρηνικό φορτίο των 3s¹ το ηλεκτρόνιο στο άτομο νατρίου είναι 2.2. Σημειώστε ότι η τιμή είναι μια χρέωση και δεν περιέχει μονάδες.