HATÉKONY NUKLEÁRIS TÖLTÉS: KONCEPCIÓ, ANNAK KISZÁMÍTÁSA ÉS PÉLDÁK - KÉMIA - 2026

A tényleges nukleáris töltés (Zef) az a vonzó erő, amelyet a mag bármelyik elektronra gyakorol, miután csökkentette az árnyékolás és a penetráció hatása. Ha nem lennének ilyen hatások, az elektronok meg fogják érezni a tényleges Z atomtöltő vonzóerejét.

Az alsó képen a Bohri atommodell található egy fiktív atomra. A magja Z = + n atommag-töltéssel rendelkezik, amely vonzza az körül körbe kerülő elektronokat (a kék körök). Látható, hogy két elektron egy keringő pályán helyezkedik el közelebb a maghoz, míg a harmadik elektron távolabb helyezkedik el tőle.

A harmadik elektron a másik két elektron elektrosztatikus repulációinak érzékelésén kering, így a mag kevésbé erővel vonzza; vagyis a mag-elektron kölcsönhatás csökken az első két elektron árnyékolása eredményeként.

Tehát az első két elektron érezte a + n töltés vonzó erejét, a harmadik pedig a + (n-2) effektív nukleáris töltésével jár.

Ez a Zef azonban csak akkor lenne érvényes, ha az összes elektron magjától számított távolság (sugár) mindig állandó és határozott lenne, negatív töltéseikkel (-1).

Koncepció

A protonok meghatározzák a kémiai elemek atommagjait, az elektronok pedig a jellemzők egy során belül (a periódusos rendszer csoportjai) határozzák meg identitásukat.

A protonok növelik a Z atommag töltését n + 1 sebességgel, amelyet egy új elektron hozzáadásával kompenzálunk az atom stabilizálására.

A protonok számának növekedésével a sejtmagot egy dinamikus elektronfelhő borítja, amelyben azokat a régiókat, amelyeken keresztül keringnek, a hullámfunkciók sugárirányú és szögletes részeinek valószínűségi eloszlása ​​határozza meg (pályák).

Ebből a megközelítésből az elektronok nem keringnek a mag körül meghatározott meghatározott térrészében, hanem, mint egy gyorsan forgó ventilátor lapáta, az ismert s, p, d és f orbitálok alakjába elmosódnak.

Ezért az elektron negatív töltése -1 azon területek között oszlik meg, amelyekbe az orbitálisák behatolnak; minél nagyobb a behatoló hatás, annál nagyobb a hatékony nukleáris töltés, amelyet az elektron megtapasztal a pályán.

Áttörő és árnyékoló hatások

A fenti magyarázat szerint a belső héjban lévő elektronok nem járnak -1 töltéssel a külső héjban levő elektronok stabilizáló visszatükrözéséhez.

Ez a kernel (a korábban elektronokkal kitöltött héjak) "falként" szolgál, amely megakadályozza, hogy a mag vonzó ereje elérje a külső elektronokat.

Ezt képernyővédő vagy árnyékoló effektusnak nevezik. Ezenkívül a külső burkolatban nem minden elektron tapasztalja ugyanezt a hatást; Például, ha egy olyan orbitált foglal el, amely magas behatoló képességgel rendelkezik (vagyis nagyon közel halad át a magba és más pályákra), akkor magasabb Zef érzi magát.

Ennek eredményeként az energiastabilitási sorrend jelenik meg ezen Zef függvényében az orbitálisok számára: s

Ez azt jelenti, hogy a 2p-es keringő energiája nagyobb (a mag töltésével kevésbé stabilizálódik), mint a 2s-es keringőben.

Minél gyengébb a körüli penetrációs hatás, annál kisebb a képernyő hatása a külső elektronok többi részén. A d és az f orbitál sok olyan lyukat (csomópontot) mutat, ahol a mag más elektronokat vonz.

Hogyan lehet kiszámítani?

Feltételezve, hogy a negatív töltések lokalizáltak, a Zef kiszámításának képlete bármely elektronra a következő:

Zef = Z - σ

Ebben a képletben a σ a kernel elektronjai által meghatározott árnyékolási állandó. Ennek oka az, hogy elméletileg a legkülső elektronok nem járulnak hozzá a belső elektronok árnyékolásához. Más szavakkal, az 1s ² árnyékolja a 2s ¹ elektronot, de a 2s ¹ nem Z az 1s ² elektronokat árnyékolja.

Ha Z = 40, ha elhanyagoljuk az említett hatásokat, akkor az utolsó elektron Zef-et tapasztal, amely egyenlő 1-gyel (40-39).

Slater szabálya

Slater szabálya az atom elektronjainak Zef-értékeinek jó közelítése. Alkalmazásához kövesse az alábbi lépéseket:

1- Az atom (vagy ion) elektronikus konfigurációját a következőképpen kell írni:

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

2- Azon elektronok, amelyek a vizsgáltól jobbra vannak, nem járulnak hozzá az árnyékoláshoz.

3- Az azonos csoporton belüli elektronok (zárójelekkel jelölve) 0,35 töltést biztosítanak az elektron töltésénél, kivéve ha az 1s csoport, és inkább 0,30.

4- Ha az elektron egy szopisztális pályát foglal el, akkor az összes n-1 körüli pálya 0,85, az n-2 körüli pályák pedig egy egységet eredményeznek.

5- Abban az esetben, ha az elektron egy dof-pályát foglal el, akkor a bal oldalán lévők egy egységgel járnak.

Példák

Határozzuk meg a Zefit az elektronok számára a 2s-es keringésben

Slater reprezentációs módját követve a Be (Z = 4) elektronikus konfigurációja:

(1s ²) (2s ² 2p ⁰)

Mivel a keringőben két elektron található, ezek közül az egyik hozzájárul a másik árnyékolásához, és az 1s-es keringő a 2s-es keringő n-1-je. Ezután az algebrai összeg fejlesztésével a következőket kapjuk:

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

A 0,35 a 2s elektronból származik, és a 0,85 a két 1s elektronból származik. A Zef képletét alkalmazva:

Zef = 4 - 2,05 = 1,95

Mit is jelent ez? Ez azt jelenti, hogy a 2s ^2-es pályán az elektronok +1,95 töltés alatt állnak, amely a mag felé irányítja őket, a +4 tényleges töltése helyett.

Határozzuk meg a Zef-et az elektronokhoz a 3p-pályán!

Ismét folytatódik, mint az előző példában:

(1s ²) (2s ² 2p ⁶) (3s ² 3p ³)

Most az algebrai összeget dolgozták ki a σ meghatározására:

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

Tehát, Zef a különbség a σ és Z között:

Zef = 15-10,2 = 4,8

Összegezve: az utóbbi 3p ³ elektronok töltése háromszor kevésbé erős, mint az igazi. Azt is meg kell jegyezni, hogy e szabály szerint, a 3s ² elektronok ugyanerre a sorsra Zef, az eredmény, ami kétségeket ebben a tekintetben.

Van azonban olyan módosítások Slater szabályában, amelyek segítenek a számított értékek hozzáigazításához a ténylegeshez.

Irodalom

1. Kémia Libretextek. (2016, október 22.). Hatékony nukleáris töltés. Forrás: chem.libretexts.org
2. Shiver és Atkins. (2008). Szervetlen kémia. Az 1. csoport elemei között (negyedik kiadás, 19., 25., 26. és 30. oldal). Mc Graw Hill.
3. Slater szabálya. Feltöltve: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Az árnyékoló hatás és a hatékony nukleáris töltés. Feltéve: Kurss.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (2018. április 23.) A hatékony nukleáris töltés kiszámítása. Sciencing. Forrás: sciencing.com
6. Dr. Arlene Courtney. (2008). Időszakos trendek. Nyugat-Oregon Egyetem. Forrás: wou.edu