Hur man beräknar effektiv kärnkraftsavgift

Effektiv kärnladdning avser laddningen som känns av de yttersta (valens) elektronerna i a flerelektronatom efter att antalet skärmningselektroner som omger kärnan tas in konto. Trenden på det periodiska systemet är att öka över en period och öka ner en grupp.

Formeln för att beräkna den effektiva kärnkraftsladdningen för en enda elektron är:

Z_eff *=* Z−S

• Z_eff är den effektiva kärnkraftsladdningen eller Z effektiv
• Z är antalet protoner i kärnan, atomnummer
• S är den genomsnittliga mängden elektrontäthet mellan kärnan och elektronen

Beräkning av effektiv kärnkraftsladdning innebär att förstå Z- och S-värdena. Z är atomnummer, och S kräver användning av Slaters regler för att bestämma ett elektronmolnskyddsvärde mellan kärnan och elektronen som övervägs.

Exempel på problem: Vad är den effektiva kärnladdningen för valenselektronen i natrium?

Z är antalet protoner i atomens kärna, och detta bestämmer kärnans positiva laddning. Antalet protoner i kärnan i en atom är också känt som atomnummer.

Leta reda på önskat atomnummer med hjälp av ett periodiskt element. I exemplet ovan har natrium, symbol Na, atomnummer 11.

Skriv elementets elektronkonfiguration i följande ordning och grupperingar:

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

Kom ihåg att siffrorna (1, 2, 3.. .) motsvarar det huvudsakliga kvantantalet eller energiskalnivån för elektronerna i atomen, och detta anger hur långt borta elektronerna är från kärnan. Bokstäverna (s, p, d, f) motsvarar den givna formen på en elektronbana. Till exempel är "s" en sfärisk banform och "p" liknar en figur 8.

För natrium är elektronkonfigurationen (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

I exemplet ovan har natrium 11 elektroner: två elektroner i den första energinivån (1), åtta elektroner i den andra energinivån (2) och en elektron i den tredje energinivån. Elektronen på 3-talet¹ orbital är fokus för exemplet.

Värdet S kan beräknas med Slater's Rules, uppkallad efter forskaren John C. Slater som utvecklade dem. Dessa regler ger skärmningsvärden för varje elektron. Do inte inkludera ett värde av elektronen av intresse. Tilldela följande värden:

1. Alla elektroner till höger om den intressanta elektronen innehåller inget skärmningsvärde.
2. Elektroner i samma grupp (som finns i grupperna för elektronkonfiguration i steg 2) som elektronen av intresse skyddar 0,35 kärnladdsenheter.
3. För s- eller p-elektroner: elektroner med ett mindre värde för huvudkvantantalet (energinivå: 1, 2, 3.. .) tilldelas 0,85 enheter kärnladdning. Elektroner hittade två eller flera energinivåer lägre sköld 1,00 enhet.
4. För d- eller f-elektroner: alla elektroner skyddar 1,00-enheten.

För exemplet ovan skulle svaren för Na vara:

1. 0; det finns inga elektroner högre (eller till höger i den elektroniska konfigurationen)
2. 0; det finns inga andra elektroner i 3s-omloppet av Na.
3. 8,8; Kräver två beräkningar: för det första finns det åtta elektroner i energinivå 2-skalet, två i s-skalet och sex i p; 8 × 0,85 = 6,8. Plus, sedan 1-talet² elektroner är två nivåer från elektronen av intresse: 2 × 1.
4. 0; det finns inga d- eller f-elektroner.

Lägg till alla avskärmningsavgifter som beräknats med Slaters regler.

I samplingsproblemet summerar skärmningsvärdena till 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Placera värdena för Z och S i den effektiva kärnkraftsladdningsformeln:

Z_eff *=* Z−S

I ovanstående exempel för Na: 11 - 8,8 = 2,2

Den effektiva kärnkraftsladdningen av 3-talet¹ elektron i natriumatomen är 2,2. Observera att värdet är en avgift och innehåller inga enheter.