วิธีการคำนวณประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ

ประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพหมายถึงประจุที่สัมผัสโดยอิเล็กตรอนนอกสุด (เวเลนซ์) ของa อะตอมหลายอิเล็กตรอนหลังจากจำนวนอิเล็กตรอนที่หุ้มรอบนิวเคลียสถูกนำเข้าสู่ บัญชีผู้ใช้. แนวโน้มในตารางธาตุจะเพิ่มขึ้นตามช่วงเวลาและเพิ่มขึ้นตามกลุ่ม

สูตรคำนวณประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับอิเล็กตรอนเดี่ยวคือ:

Z_{เอฟเฟ่} *=* Z−ส

• Z_{เอฟเฟ่} เป็นประจุนิวเคลียสที่มีประสิทธิผล หรือ Z มีผล
• Z คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียส เลขอะตอม
• S คือจำนวนเฉลี่ยของความหนาแน่นของอิเล็กตรอนระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอน

การคำนวณประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพเกี่ยวข้องกับการทำความเข้าใจค่า Z และ S Z คือเลขอะตอม และ S ต้องใช้กฎของ Slater เพื่อกำหนดค่าการป้องกันเมฆอิเล็กตรอนระหว่างนิวเคลียสและอิเล็กตรอนภายใต้การพิจารณา

ตัวอย่างปัญหา: ประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพสำหรับเวเลนซ์อิเล็กตรอนในโซเดียมคืออะไร?

Z คือจำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอม ซึ่งกำหนดประจุบวกของนิวเคลียส จำนวนโปรตอนในนิวเคลียสของอะตอมเรียกอีกอย่างว่าเลขอะตอม

โดยใช้ตารางธาตุ หาเลขอะตอมที่ต้องการ ในตัวอย่างข้างต้น โซเดียม สัญลักษณ์ Na มีเลขอะตอม 11

เขียนการกำหนดค่าอิเล็กตรอนขององค์ประกอบตามลำดับและการจัดกลุ่มต่อไปนี้:

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

จำได้ว่าเป็นตัวเลข (1,2,3.. .) สอดคล้องกับเลขควอนตัมหลักหรือระดับเปลือกพลังงานของอิเล็กตรอนในอะตอม และสิ่งนี้กำหนดว่าอิเล็กตรอนอยู่ห่างจากนิวเคลียสเท่าใด ตัวอักษร (s, p, d, f) สอดคล้องกับรูปร่างที่กำหนดของการโคจรของอิเล็กตรอน ตัวอย่างเช่น "s" เป็นรูปทรงกลมและ "p" คล้ายกับตัวเลข 8

สำหรับโซเดียม การกำหนดค่าอิเล็กตรอนคือ (1s²) (2 วินาที², 2p⁶) (3s¹).

ในตัวอย่างข้างต้น โซเดียมมี 11 อิเล็กตรอน: อิเล็กตรอนสองตัวในระดับพลังงานแรก (1) อิเล็กตรอนแปดตัวในระดับพลังงานที่สอง (2) และอิเล็กตรอนหนึ่งตัวในระดับพลังงานที่สาม อิเล็กตรอนใน 3s¹ ออร์บิทัลเป็นจุดสนใจของตัวอย่าง

ค่า S อาจคำนวณโดยใช้กฎของ Slater ซึ่งตั้งชื่อตามนักวิทยาศาสตร์ John C. สเลเตอร์ที่พัฒนาพวกเขา กฎเหล่านี้ให้ค่าป้องกันแก่อิเล็กตรอนแต่ละตัว ทำ ไม่ รวมค่าของอิเล็กตรอนที่น่าสนใจ กำหนดค่าต่อไปนี้:

1. อิเล็กตรอนใด ๆ ทางด้านขวาของอิเล็กตรอนที่สนใจไม่มีค่าป้องกัน
2. อิเล็กตรอนในกลุ่มเดียวกัน (ตามที่พบในการจัดกลุ่มอิเล็กตรอนในขั้นตอนที่ 2) เนื่องจากอิเล็กตรอนที่น่าสนใจจะป้องกัน 0.35 หน่วยประจุนิวเคลียร์
3. สำหรับอิเล็กตรอน s หรือ p: อิเล็กตรอนที่มีค่าน้อยกว่าหนึ่งเลขควอนตัมหลัก (ระดับพลังงาน: 1, 2, 3.. .) ได้รับมอบหมายประจุนิวเคลียร์ 0.85 หน่วย อิเล็กตรอนพบระดับพลังงานตั้งแต่ 2 ระดับขึ้นไป เกราะที่ต่ำกว่า 1.00 หน่วย
4. สำหรับอิเล็กตรอน d หรือ f: อิเล็กตรอนทั้งหมดป้องกัน 1.00 หน่วย

จากตัวอย่างข้างต้น คำตอบของ Na จะเป็นดังนี้:

1. 0; ไม่มีอิเลคตรอนสูงกว่า (หรือทางขวาในรูปแบบอิเล็กทรอนิกส์)
2. 0; ไม่มีอิเลคตรอนอื่นในวงโคจร 3 วินาทีของนา
3. 8.8; ต้องใช้การคำนวณสองครั้ง: อันดับแรก มีอิเล็กตรอนแปดตัวในเปลือกระดับ 2 พลังงาน สองตัวในเปลือก s และหกตัวใน p 8 × 0.85 = 6.8. นอกจากนี้ตั้งแต่ 1s² อิเล็กตรอนเป็นสองระดับจากอิเล็กตรอนที่น่าสนใจ: 2 × 1
4. 0; ไม่มีอิเล็กตรอน d หรือ f

เพิ่มค่าป้องกันทั้งหมดที่คำนวณโดยใช้กฎของสเลเตอร์

ในปัญหาตัวอย่าง ค่าการป้องกันรวมเป็น 8.8 (0 + 0 + 8.8 + 0)

ใส่ค่าสำหรับ Z และ S ลงในสูตรประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ:

Z_{เอฟเฟ่} *=* Z−ส

ในตัวอย่างข้างต้นสำหรับ Na: 11 − 8.8 = 2.2

ประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพของ 3s¹ อิเล็กตรอนในอะตอมโซเดียมคือ 2.2 โปรดทราบว่าค่านี้เป็นค่าใช้จ่ายและไม่มีหน่วย