EFEKTYVUS BRANDUOLINIS UŽTAISAS: SĄVOKA, KAIP JĮ APSKAIČIUOTI IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA

Veiksmingą branduolinio mokestis (Zef) yra patraukli jėga, kuri branduolys daro prie bet kurių elektronų po to, kai sumažėja tiek, kiek ekranavimas ir skverbimosi poveikio. Jei tokio poveikio nebūtų, elektronai pajustų patrauklią tikrojo branduolinio krūvio Z jėgą.

Apatiniame paveikslėlyje pateiktas Bohro išgalvoto atomo modelis. Jo branduolys turi branduolinį krūvį Z = + n, kuris pritraukia aplink jį besisukančius elektronus (mėlynuosius apskritimus). Galima pastebėti, kad du elektronai yra orbitoje arčiau branduolio, o trečiasis elektronas yra toliau nuo jo.

Trečiasis elektronas rutuliojasi jausdamas kitų dviejų elektronų elektrostatines atgarsius, todėl branduolys jį traukia mažesne jėga; tai yra, branduolio ir elektronų sąveika mažėja dėl pirmųjų dviejų elektronų ekranizacijos.

Taigi pirmieji du elektronai jaučia patrauklią + n krūvio jėgą, bet treti vietoj to patiria efektyvų + (n-2) branduolinį krūvį.

Tačiau šis Zefas galiotų tik tuo atveju, jei visų elektronų atstumai (spindulys) iki branduolio visada būtų pastovūs ir apibrėžti, nustatant neigiamus krūvius (-1).

Koncepcija

Protonai apibūdina cheminių elementų branduolius, o elektronai apibūdina jų tapatumą charakteristikų rinkinyje (periodinės lentelės grupėse).

Protonai padidina branduolinį krūvį Z greičiu n + 1, kuris kompensuojamas pridedant naują elektroną atomo stabilizavimui.

Didėjant protonų skaičiui, branduolį „dengia“ dinaminis elektronų debesis, kuriame regionai, per kuriuos jie cirkuliuoja, yra apibūdinami pagal bangos funkcijų radialinių ir kampinių dalių tikimybės pasiskirstymą ( orbitalės).

Taikant šį metodą, elektronai nerajasi į apibrėžtą erdvės plotą aplink branduolį, greičiau, kaip ir greitai besisukančio ventiliatoriaus mentės, susilieja į žinomų s, p, d ir f orbitų formas.

Dėl šios priežasties neigiamas elektrono krūvis -1 pasiskirsto tose regionuose, į kuriuos prasiskverbia orbitos; kuo didesnis skverbimosi efektas, tuo didesnis efektyvusis branduolinis krūvis, kurį minėtas elektronas patirs orbitalėje.

Skverbimosi ir ekrano efektai

Remiantis aukščiau pateiktu paaiškinimu, vidiniuose apvalkale esantys elektronai nepadeda -1 krūvio stabilizuojant išorinių apvalkalų elektronus.

Tačiau šis branduolys (apvalkalai, kuriuos anksčiau užpildė elektronai) tarnauja kaip „siena“, neleidžianti patraukliajai branduolio jėgai pasiekti išorinius elektronus.

Tai vadinama ekrano efektu arba ekrano efektu. Be to, ne visi elektronai išoriniuose apvalkaluose patiria tokį patį stiprumą; Pvz., jei užimsite orbitalę, pasižyminčią dideliu skverbimosi pobūdžiu (tai yra, kuri pereina labai arti branduolio ir kitų orbitų), tada pajusite aukštesnį Zefą.

Dėl šios priežasties orbitoms atsiranda šių Zef funkcijų energinio stabilumo tvarka: s

Tai reiškia, kad 2p orbitalė turi daugiau energijos (mažiau stabilizuota branduolio krūvio) nei 2s orbitalė.

Kuo blogesnis orbitalės skverbimosi efektas, tuo mažesnis jo ekrano poveikis likusiems išoriniams elektronams. D ir f orbitalėse yra daug skylių (mazgų), kuriose branduolys traukia kitus elektronus.

Kaip tai apskaičiuoti?

Darant prielaidą, kad neigiami krūviai yra lokalizuoti, bet kurio elektrono Zef apskaičiavimo formulė yra:

Zef = Z - σ

Šioje formulėje σ yra ekrano konstanta, kurią nustato branduolio elektronai. Taip yra todėl, kad teoriškai atokiausi elektronai neprisideda prie vidinių elektronų ekrano. Kitaip tariant, 1s ² apsaugo 2s ¹ elektroną , bet 2s ¹ ne Z ekranuoja 1s ² elektronus .

Jei Z = 40, nekreipiant dėmesio į minėtus padarinius, paskutiniame elektrone Zef bus lygus 1 (40-39).

Slaterio taisyklė

Slaterio taisyklė yra geras atomo elektronų Zef reikšmių apytikslis suderinimas. Norėdami jį pritaikyti, atlikite šiuos veiksmus:

1- Atomo (arba jono) elektroninė konfigūracija turėtų būti parašyta taip:

(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f)…

2 - Elektronai, esantys dešinėje nuo nagrinėjamojo, nedaro įtakos ekrano efektui.

3- Toje pačioje grupėje esantys elektronai (pažymėti skliaustuose) suteikia 0,35 elektrono krūvį, nebent tai yra 1s grupė, o yra 0,30.

4- Jei elektronas užima tikslią orbitalę, tada visi n-1 orbitalės sudaro 0,85, o visi n-2 orbitalės sudaro vieną vienetą.

5- Tuo atveju, kai elektronas užima dof orbitalę, visi kairėje esantys įeina į vieną vienetą.

Pavyzdžiai

Nustatykite Zef elektronams 2s orbitalėje

Laikantis Slaterio pateikimo būdo, elektroninė Be (Z = 4) konfigūracija yra:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁰ )

Kadangi orbitalėje yra du elektronai, vienas iš jų prisideda prie kito ekrano ekrano, o 1s orbitalė yra n-1 iš 2s orbitalės. Tuomet, kurdami algebrinę sumą, turime:

(0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05

0,35 buvo iš 2s elektronų, o 0,85 - iš dviejų 1s elektronų. Taikant Zef formulę:

Zef = 4 - 2,05 = 1,95

Ką tai reiškia? Tai reiškia, kad elektronai, esantys 2s ² orbitoje, patiria +1,95 krūvį, kuris juos traukia link branduolio, o ne faktinį +4 krūvį.

3p orbitalės elektronams nustatykite Zef

Vėlgi, jis tęsiasi kaip ir ankstesniame pavyzdyje:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁶ ) (3s ² 3p ³ )

Dabar sukurta algebrinė suma, kad būtų galima nustatyti σ:

(, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2

Taigi, Zef yra skirtumas tarp σ ir Z:

Zef = 15-10,2 = 4,8

Apibendrinant, paskutiniai 3p ³ elektronai patiria krūvį, tris kartus silpnesnį nei tikrasis. Taip pat reikėtų pažymėti, kad pagal šią taisyklę 3s ² elektronai patiria tą patį Zef, rezultatas, kuris šiuo atžvilgiu gali sukelti abejonių.

Tačiau yra ir Slaterio taisyklės modifikacijų, kurios padeda apytiksliai apskaičiuotas vertes atitikti tikrąsias.

Nuorodos

Chemija Libretexts. (2016 m. Spalio 22 d.). Efektyvus branduolinis užtaisas. Paimta iš: chem.libretexts.org
Šiveris ir Atkinsas. (2008). Neorganinė chemija. 1 grupės elementuose (ketvirtasis leidimas. 19, 25, 26 ir 30 psl.). Mc Graw Hill.
Slaterio taisyklė. Paimta iš: intro.chem.okstate.edu
Lumenas. Apsauginis efektas ir efektyvus branduolinis užtaisas. Paimta iš: kursai.lumenlearning.com
Hoke, Chrisas. (2018 m. Balandžio 23 d.). Kaip apskaičiuoti efektyvųjį branduolinį krūvį. Mokslas. Paimta iš: sciencing.com
Arlene Courtney. (2008). Periodiškos tendencijos. Vakarų Oregono universitetas. Paimta iš: wou.edu

EFEKTYVUS BRANDUOLINIS UŽTAISAS: SĄVOKA, KAIP JĮ APSKAIČIUOTI IR PAVYZDŽIAI - CHEMIJA - 2025