Hoe effectieve nucleaire lading te berekenen

Effectieve nucleaire lading verwijst naar de lading die wordt gevoeld door de buitenste (valentie) elektronen van a of multi-elektron atoom nadat het aantal afschermende elektronen dat de kern omringt is opgenomen in account. De trend op het periodiek systeem is om over een periode toe te nemen en een groep af te nemen.

De formule voor het berekenen van de effectieve kernlading voor een enkel elektron is:

Z_eff *=* Z−zo

• Z_eff is de effectieve nucleaire lading, of Z effectief
• Z is het aantal protonen in de kern, het atoomnummer
• S is de gemiddelde hoeveelheid elektronendichtheid tussen de kern en het elektron

Het berekenen van effectieve kernlading omvat het begrijpen van de Z- en S-waarden. Z is het atoomnummer en S vereist het gebruik van de regels van Slater om een ​​afschermingswaarde voor elektronenwolken te bepalen tussen de kern en het betreffende elektron.

Voorbeeld probleem: Wat is de effectieve kernlading voor het valentie-elektron in natrium?

Z is het aantal protonen in de kern van het atoom, en dit bepaalt de positieve lading van de kern. Het aantal protonen in de kern van een atoom wordt ook wel het atoomnummer genoemd.

Zoek met behulp van een periodiek systeem der elementen het gewenste atoomnummer. In het bovenstaande voorbeeld heeft natrium, symbool Na, atoomnummer 11.

Schrijf de elektronenconfiguratie van het element in de volgende volgorde en groeperingen:

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

Bedenk dat de cijfers (1, 2, 3.. .) komen overeen met het belangrijkste kwantumgetal of energieschilniveau van de elektronen in het atoom, en dit geeft aan hoe ver de elektronen van de kern verwijderd zijn. De letters (s, p, d, f) komen overeen met de gegeven vorm van de orbitaal van een elektron. "s" is bijvoorbeeld een bolvormige orbitale vorm en "p" lijkt op een figuur 8.

Voor natrium is de elektronenconfiguratie (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

In het bovenstaande voorbeeld heeft natrium 11 elektronen: twee elektronen in het eerste energieniveau (1), acht elektronen in het tweede energieniveau (2) en één elektron in het derde energieniveau. Het elektron in de 3s¹ orbitaal is de focus van het voorbeeld.

De waarde S kan worden berekend met behulp van Slater's Rules, genoemd naar de wetenschapper John C. Slater die ze heeft ontwikkeld. Deze regels geven afschermingswaarden aan elk elektron. Doen niet omvatten een waarde van het elektron van belang. Ken de volgende waarden toe:

1. Alle elektronen rechts van het betreffende elektron bevatten geen afschermingswaarde.
2. Elektronen in dezelfde groep (zoals gevonden in de elektronenconfiguratiegroepering in stap 2) als het betreffende elektron schermen 0,35 nucleaire ladingseenheden af.
3. Voor s- of p-elektronen: elektronen met één waarde minder van het hoofdkwantumgetal (energieniveau: 1, 2, 3.. .) krijgen 0,85 eenheden nucleaire lading toegewezen. Elektronen vonden twee of meer energieniveaus lager schild 1,00 eenheid.
4. Voor d- of f-elektronen: alle elektronen schermen 1,00 eenheid af.

Voor het bovenstaande voorbeeld zouden de antwoorden voor Na zijn:

1. 0; er zijn geen elektronen hoger (of rechts in de elektronische configuratie)
2. 0; er zijn geen andere elektronen in de 3s-orbitaal van Na.
3. 8.8; Vereist twee berekeningen: ten eerste zijn er acht elektronen in de schil van energieniveau 2, twee in de s-schil en zes in de p; 8 × 0,85 = 6,8. Plus, sinds de 1s² elektronen zijn twee niveaus verwijderd van het betreffende elektron: 2 × 1.
4. 0; er zijn geen d- of f-elektronen.

Voeg alle afschermingskosten toe die zijn berekend met behulp van de regels van Slater.

In het voorbeeldprobleem tellen de afschermingswaarden op tot 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Plaats de waarden voor Z en S in de effectieve nucleaire ladingsformule:

Z_eff *=* Z−zo

In bovenstaand voorbeeld voor Na: 11 − 8.8 = 2.2

De effectieve nucleaire lading van de 3s¹ elektron in het natriumatoom is 2,2. Merk op dat de waarde een toeslag is en geen eenheden bevat.