Dela med sig:
Effektivt kärnkraftsbegrepp, hur man beräknar och exempel
den effektiv kärnbelastning (Zef) är attraktionskraften som utövas av kärnan på någon av elektronerna efter att ha reducerats av effekterna av screening och penetration. Om det inte fanns sådana effekter skulle elektronerna känna den attraktiva kraften hos den faktiska nukleära laddningen Z.
I den nedre bilden har vi Bohrs atommodell för en fiktiv atom. Kärnan har en kärnladdning Z = + n, som lockar de elektroner som cirklar runt (de blå cirklarna). Man kan se att två elektroner ligger i en omlopp närmare kärnan, medan den tredje elektronen ligger på ett större avstånd från detta.
De tredje elektronbanorna känner av de elektrostatiska repulsionerna från de andra två elektronerna, så att kärnan lockar den med mindre kraft; det vill säga, kärn-elektron-interaktionen minskar som ett resultat av avskärmning av de två första elektronerna.
Sedan känner de första två elektronerna den attraktiva kraften av en laddning + n, men den tredje upplever istället en effektiv kärnladdning av + (n-2).
Emellertid, såsom Zef är giltigt endast om avstånden (den radie) till samtliga kärn elektroner var alltid konstant och definierad, lokalisera deras negativa laddning (-1).
index
- 1 koncept
- 1.1 Penetrations- och screeningseffekter
- 2 Hur man beräknar det?
- 2.1 Slaterregeln
- 3 exempel
- 3.1 Bestäm Zef för elektronerna i 2s2-orbitalet i beryllium
- 3.2 Bestäm Zef för elektroner i fosfor 3-omloppet
- 4 referenser
koncept
Protonerna definierar kärnorna i de kemiska elementen, och elektronerna är deras identitet inom en uppsättning egenskaper (grupperna i det periodiska bordet).
Protonerna ökar kärnladdningen Z med n + 1 som kompenseras genom tillsats av en ny elektron för att stabilisera atomen.
Som antalet protoner, kärnan "täcker" en dynamisk elektronmoln i vilket de regioner där de cirkulerar definieras av sannolikhetsfördelningen av de radiella och vinkel delarna av de vågfunktioner ( orbitalerna).
Från detta tillvägagångssätt, elektronomloppsbana i en definierad region i rymden runt kärnan, men liksom bladen på en roterande fläkt snabbt blekna i formerna av kända omloppsbanor s, p, d och f.
Av denna anledning fördelas den negativa laddningen -1 av en elektron av de regioner som tränger in i orbitalerna; Ju större penetrerande effekt desto större är den effektiva kärnladdning som elektronen kommer att uppleva i orbitalet.
Penetration och screening effekter
Enligt den föregående förklaringen bidrar elektronerna hos de inre skikten inte med en laddning av -1 till den stabiliserande avstötningen av elektronerna från de yttre skikten.
Emellertid tjänar denna kärna (lagren som tidigare fyllts av elektroner) som en "vägg" som förhindrar att den attraktiva kraften hos kärnan når de yttre elektronerna.
Detta är känt som en skärmseffekt eller screening effekt. Inte heller alla elektroner i yttre skikten upplever samma storhet av den effekten; till exempel om ockuperar en orbital som har en hög penetrerande karaktär (dvs transiterar nära till kärnan och andra orbital), då känner mer Zef.
Som ett resultat finns en order av energistabilitet baserat på dessa Zef för orbitalerna: s Detta betyder att 2p-orbitalet har högre energi (mindre stabiliserad av kärnladdningen) än 2: e omloppet. Ju sämre effekten av penetration som utövas av orbitalet desto lägre skärmseffekt på resten av de externa elektronerna. D- och f-orbitalerna visar många hål (noder) där kärnan lockar andra elektroner. Om man antar att de negativa laddningarna ligger, är formeln för beräkning av Zef för varje elektron: Zef = Z - σ I nämnda formel a är avskärmningskonstanten bestämd av kärnelektronerna. Detta beror på att de yttersta elektronerna teoretiskt inte bidrar till avskärmning av de inre elektronerna. Med andra ord, 1s2 Skyddar elektronen 2s1, men 2s1 skyddar inte Z till 1s elektroner2. Om Z = 40, försummar de nämnda effekterna, kommer den sista elektronen att uppleva en Zef lika med 1 (40-39). Slaterregeln är en god approximation av Zef-värdena för elektronerna i atomen. För att tillämpa det är det nödvändigt att följa stegen nedan: 1- Den elektroniska konfigurationen av atomen (eller jon) måste skrivas enligt följande: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) ... 2- Elektroner till höger om den som beaktas bidrar inte till avskärmningseffekten. 3- Elektroner är inom samma grupp (markerad med parenteser) ger 0,35 elektronladdningen såvida gruppen berörda 1s, istället vara 0,30. 4- Om elektronen upptar en s eller p-bana, så bidrar alla n-1-orbitalerna med 0,85 och alla orbitaler n-2 en enhet. 5- Om elektronen upptar en orbital d eller f, bidrar alla som till vänster med en enhet. Efter representationsläget för Slater är den elektroniska konfigurationen av Be (Z = 4): (1s2) (2s22p0) Som i de orbital två elektroner, en av dessa bidrar till avskärmning den andra, och de 1s omloppsbanor är det n-1 2s orbital. Då utvecklar den algebraiska summan följande: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 0,35 kom från 2s-elektronen och 0,85 från de två elektronerna från 1s. Nu tillämpar Zefs formel: Zef = 4 - 2,05 = 1,95 Vad betyder detta? Det betyder att elektronerna i 2: e omloppet2 De upplever en kostnad på +1,95 som lockar dem till kärnan, i stället för den faktiska laddningen av +4. Återigen fortsätt som i föregående exempel: (1s2) (2s22p6) (3s23p3) Nu är den algebraiska summan utvecklad för att bestämma σ: (, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2 Så, Zef är skillnaden mellan a och z: Zef = 15-10,2 = 4,8 Sammanfattningsvis, de senaste 3p-elektronerna3 De upplever en avgift tre gånger mindre stark än den riktiga. Det bör också noteras att enligt denna regel 3s elektroner2 uppleva samma Zef, ett resultat som kan väcka tvivel om. Det finns emellertid ändringar av Slaterregeln som hjälper till att beräkna de beräknade värdena för de riktiga.Hur man beräknar det?
Slaterregeln
exempel
Bestäm Zef för 2: e bana-elektronerna2 i beryllium
Bestäm Zef för elektroner i 3p-omloppet3 av fosfor
referenser