Jak obliczyć efektywny ładunek jądrowy?

Efektywny ładunek jądrowy odnosi się do ładunku odczuwanego przez najbardziej zewnętrzne (walencyjne) elektrony a atom wieloelektronowy po uwzględnieniu liczby elektronów ekranujących otaczających jądro konto. Trend w układzie okresowym to wzrost w całym okresie i wzrost w dół grupy.

Wzór na obliczenie efektywnego ładunku jądrowego dla pojedynczego elektronu to:

Z_eff *=* Z−S

• Z_eff jest efektywnym ładunkiem jądrowym, lub Z efektywnym
• Z to liczba protonów w jądrze, liczba atomowa
• S to średnia gęstość elektronów między jądrem a elektronem

Obliczanie efektywnego ładunku jądrowego wymaga zrozumienia wartości Z i S. Z to liczba atomowa, a S wymaga użycia reguł Slatera do określenia wartości ekranowania chmury elektronowej między jądrem a rozważanym elektronem.

Przykładowy problem: Jaki jest efektywny ładunek jądrowy elektronu walencyjnego w sodzie?

Z to liczba protonów w jądrze atomu, która określa dodatni ładunek jądra. Liczba protonów w jądrze atomu jest również znana jako liczba atomowa.

Korzystając z układu okresowego pierwiastków, zlokalizuj pożądaną liczbę atomową. W powyższym przykładzie sód, symbol Na, ma liczbę atomową 11.

Napisz konfigurację elektronową elementu w następującej kolejności i zgrupowaniach:

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

Przypomnij sobie, że liczby (1, 2, 3.. .) odpowiadają głównej liczbie kwantowej lub poziomowi energii w powłoce elektronów w atomie, a to oznacza odległość elektronów od jądra. Litery (s, p, d, f) odpowiadają danemu kształtowi orbitalu elektronu. Na przykład „s” to kulisty kształt orbity, a „p” przypomina cyfrę 8.

W przypadku sodu konfiguracja elektronowa to (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

W powyższym przykładzie sód ma 11 elektronów: dwa elektrony na pierwszym poziomie energetycznym (1), osiem elektronów na drugim poziomie energetycznym (2) i jeden elektron na trzecim poziomie energetycznym. Elektron w 3s¹ orbital jest przedmiotem przykładu.

Wartość S można obliczyć za pomocą reguł Slatera, nazwanych na cześć naukowca Johna C. Slater, który je opracował. Te zasady dają wartości ekranowania każdemu elektronowi. Zrobić nie zawierać wartość elektronu będącego przedmiotem zainteresowania. Przypisz następujące wartości:

1. Wszelkie elektrony na prawo od elektronu będącego przedmiotem zainteresowania nie zawierają wartości ekranowania.
2. Elektrony z tej samej grupy (jak znaleziono w grupowaniu konfiguracji elektronów w kroku 2) jako elektron będący przedmiotem zainteresowania osłaniają 0,35 jednostki ładunku jądrowego.
3. Dla elektronów s lub p: elektrony o jednej wartości mniejszej od głównej liczby kwantowej (poziom energii: 1, 2, 3.. .) przypisuje się 0,85 jednostki ładunku jądrowego. Elektrony znalazły dwa lub więcej poziomów energii niżej o 1,00 jednostki.
4. Dla elektronów d lub f: wszystkie elektrony osłaniają 1,00 jednostki.

W powyższym przykładzie odpowiedzi dla Na byłyby:

1. 0; nie ma elektronów wyżej (lub w prawo w konfiguracji elektronicznej)
2. 0; nie ma innych elektronów na orbicie 3s Na.
3. 8,8; Wymaga dwóch obliczeń: po pierwsze, w powłoce o poziomie energetycznym 2 znajduje się osiem elektronów, w powłoce s dwa i w powłoce p sześć; 8 × 0,85 = 6,8. Plus, od 1s² elektrony to dwa poziomy od elektronu będącego przedmiotem zainteresowania: 2 × 1.
4. 0; nie ma elektronów d lub f.

Dodaj wszystkie ładunki osłony obliczone zgodnie z zasadami Slatera.

W przykładowym zadaniu wartości ekranowania sumują się do 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Umieść wartości Z i S we wzorze efektywnego ładunku jądrowego:

Z_eff *=* Z−S

W powyższym przykładzie dla Na: 11 − 8,8 = 2,2

Efektywny ładunek jądrowy 3s¹ elektron w atomie sodu wynosi 2,2. Należy pamiętać, że wartość jest opłatą i nie zawiera jednostek.