Как рассчитать эффективный ядерный заряд

Эффективный ядерный заряд относится к заряду, ощущаемому внешними (валентными) электронами многоэлектронный атом после того, как число экранирующих электронов, окружающих ядро, учтено учетная запись. Тенденция в периодической таблице состоит в том, чтобы увеличиваться за период и увеличиваться вниз по группе.

Формула для расчета эффективного заряда ядра для одиночного электрона:

Z_эфф *=* Z−S

• Z_эфф - эффективный заряд ядра, или Z эффективный
• Z - количество протонов в ядре, атомный номер
• S - это среднее количество электронной плотности между ядром и электроном.

Расчет эффективного ядерного заряда требует понимания значений Z и S. Z - атомный номер, а S требует использования правил Слейтера для определения величины экранирования электронного облака между ядром и рассматриваемым электроном.

Пример проблемы: Каков эффективный заряд ядра для валентного электрона в натрии?

Z - количество протонов в ядре атома, и это определяет положительный заряд ядра. Число протонов в ядре атома также известно как атомный номер.

Используя периодическую таблицу элементов, найдите нужный атомный номер. В приведенном выше примере натрий (символ Na) имеет атомный номер 11.

Запишите электронную конфигурацию элемента в следующем порядке и группировках:

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

Напомним, что числа (1, 2, 3.. .) соответствуют главному квантовому числу или уровню энергетической оболочки электронов в атоме, и это обозначает, насколько далеко электроны находятся от ядра. Буквы (s, p, d, f) соответствуют заданной форме орбитали электрона. Например, «s» представляет собой сферическую орбитальную форму, а «p» напоминает цифру 8.

Для натрия электронная конфигурация (1 с²) (2 с², 2п⁶) (3 с¹).

В приведенном выше примере у натрия 11 электронов: два электрона на первом уровне энергии (1), восемь электронов на втором уровне энергии (2) и один электрон на третьем уровне энергии. Электрон в 3с¹ orbital - это фокус нашего примера.

Значение S может быть вычислено с использованием правил Слейтера, названных в честь ученого Джона К. Слейтер, который их разработал. Эти правила придают значения экранирования каждому электрону. Делать нет включить значение интересующего электрона. Присвойте следующие значения:

1. Любые электроны справа от интересующего электрона не несут никакой защиты.
2. Электроны в той же группе (как обнаружено в группе электронной конфигурации на этапе 2), что и интересующий электрон, экранируют 0,35 ядерных зарядовых единиц.
3. Для s- или p-электронов: электроны, у которых главное квантовое число на единицу меньше (уровень энергии: 1, 2, 3.. .) присвоено 0,85 ед. ядерного заряда. Электроны обнаруживают два или более энергетических уровня ниже щита 1,00 ед.
4. Для d- или f-электронов: все электроны экранируют 1,00 ед.

В приведенном выше примере ответы для Na будут следующими:

1. 0; электронов выше (или справа в электронной конфигурации) нет
2. 0; других электронов на 3s-орбитали Na нет.
3. 8,8; Требуется два вычисления: во-первых, восемь электронов находятся в оболочке энергетического уровня 2, два - в s-оболочке и шесть - в p; 8 × 0,85 = 6,8. Плюс, поскольку 1с² электроны находятся на двух уровнях от интересующего электрона: 2 × 1.
4. 0; нет d- или f-электронов.

Сложите все защитные заряды, рассчитанные с использованием правил Слейтера.

В примере задачи сумма значений экранирования составляет 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Подставьте значения Z и S в формулу эффективного заряда ядра:

Z_эфф *=* Z−S

В приведенном выше примере для Na: 11 - 8,8 = 2,2

Эффективный ядерный заряд 3с¹ электрон в атоме натрия 2,2. Обратите внимание, что значение является начислением и не содержит единиц.