ÚČINNÝ JADROVÝ NÁBOJ: KONCEPT, AKO SA MÁ VYPOČÍTAŤ A PRÍKLADY - CHÉMIA - 2025

Efektívne nukleárna náboj (Zef) je príťažlivá sila, že jadro pôsobia na niektorý z elektrónov potom, čo bol znížený účinkov tienenia a prenikaniu. Keby neexistovali žiadne takéto účinky, elektróny by pocítili príťažlivú silu skutočného jadrového náboja Z.

Na spodnom obrázku máme atómový model Bohra pre fiktívny atóm. Jeho jadro má jadrový náboj Z = + n, ktorý priťahuje elektróny, ktoré obiehajú okolo neho (modré kruhy). Je vidieť, že dva elektróny sú na obežnej dráhe bližšie k jadru, zatiaľ čo tretí elektrón leží ďalej od neho.

Tretí elektrón obieha okolo elektrostatických odrazov ďalších dvoch elektrónov, takže ho jadro priťahuje s menšou silou; to znamená, že interakcia jadro-elektrón klesá v dôsledku tienenia prvých dvoch elektrónov.

Prvé dva elektróny tak pocítia príťažlivú silu náboja + n, ale tretí z nich zažije účinný jadrový náboj + (n-2).

Tento Zef by však platil len vtedy, keby vzdialenosti (polomer) k jadru všetkých elektrónov boli vždy konštantné a definitívne a lokalizovali by ich záporné náboje (-1).

pojem

Protóny definujú jadro chemických prvkov a elektróny definujú svoju identitu v rámci súboru charakteristík (skupiny periodickej tabuľky).

Protóny zvyšujú jadrový náboj Z rýchlosťou n + 1, čo je kompenzované pridaním nového elektrónu na stabilizáciu atómu.

Ako sa zvyšuje počet protónov, jadro sa „zakryje“ dynamickým mrakom elektrónov, v ktorom sú oblasti, cez ktoré cirkulujú, definované rozdelením pravdepodobnosti radiálnych a uhlových častí vlnových funkcií ( orbitálov).

Z tohto prístupu elektróny neobiehajú v definovanej oblasti priestoru okolo jadra, ale skôr ako lopatky rýchlo rotujúceho ventilátora sa rozostrujú do tvarov známych orbitálov s, p, d a f.

Z tohto dôvodu je záporný náboj -1 elektrónu distribuovaný v tých oblastiach, do ktorých obežné orgány prenikajú; čím väčší je penetračný efekt, tým väčší je účinný jadrový náboj, ktorý bude uvedený elektrón v obežnej dráhe prežiť.

Účinky prieniku a tienenia

Podľa vyššie uvedeného vysvetlenia elektróny vo vnútorných škrupinách neprispievajú k stabilizačnému odporu elektrónov vo vonkajších škrupinách náboj -1.

Toto jadro (škrupiny predtým vyplnené elektrónmi) však slúži ako „stena“, ktorá zabraňuje príťažlivej sile jadra dosiahnuť vonkajšie elektróny.

Toto je známe ako efekt obrazovky alebo tienenia. Tiež nie všetky elektróny vo vonkajších škrupinách zažívajú rovnakú veľkosť tohto účinku; Napríklad, ak obsadzujete orbitál, ktorý má vysokú penetráciu (to znamená, že sa nachádza veľmi blízko jadra a iných orbitálov), budete cítiť vyšší Zef.

V dôsledku toho vzniká poradie energetickej stability ako funkcia týchto Zef pre obežné dráhy: s

To znamená, že orbitál 2p má vyššiu energiu (menej stabilizovaná nábojom jadra) ako orbitál 2s.

Čím je penetračný účinok slabší, tým menší je jeho účinok na zvyšok vonkajších elektrónov. Orbitaly d a f ukazujú veľa dier (uzlov), kde jadro priťahuje ďalšie elektróny.

Ako to počítať?

Za predpokladu, že sú lokalizované záporné náboje, vzorec na výpočet Zef pre akýkoľvek elektrón je:

Zef = Z - σ

V tomto vzorci σ je tieniaca konštanta určená elektrónmi jadra. Je to tak preto, lebo teoreticky najvzdialenejšie elektróny neprispievajú k tieneniu vnútorných elektrónov. Inými slovami, 1S ² štíty 2S ¹ elektrón , ale 2s ¹ nie je Z štít 1S ² elektróny .

Ak Z = 40, zanedbajúc uvedené účinky, potom posledný elektrón zažije Zef rovné 1 (40-39).

Slaterova vláda

Slaterovo pravidlo je dobrá aproximácia hodnôt Zef pre elektróny v atóme. Ak ju chcete použiť, postupujte podľa nasledujúcich krokov:

1- Elektronická konfigurácia atómu (alebo iónu) by mala byť zapísaná nasledovne:

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

2 - Elektróny, ktoré sú napravo od uvažovaného, ​​neprispievajú k tieniacemu efektu.

3 - Elektróny, ktoré sú v rovnakej skupine (označené zátvorkami), poskytujú náboj elektrónu 0,35, pokiaľ to nie je skupina 1s, namiesto toho je 0,30.

4- Ak elektrón zaberá sop obežnú dráhu, potom všetky orbitaly n-1 prispievajú 0,85 a všetky orbitaly n-2 jednu jednotku.

5 - V prípade, že elektrón zaberá dof orbitál, všetci tí, ktorí sú vľavo, prispievajú jednou jednotkou.

Príklady

Stanovte Zef pre elektróny v orbitále 2 s

Podľa Slaterovho režimu reprezentácie je elektronická konfigurácia Be (Z = 4):

(1s ² ) (2s ² 2p ⁰ )

Pretože sú na obežnej dráhe dva elektróny, jeden z nich prispieva k tieneniu druhého a 1-orbital je n-1 z 2-orbitálneho telesa. Potom sme vyvinuli algebraický súčet:

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

0,35 pochádza z 2s elektrónu a 0,85 z dvoch 1s elektrónov. Teraz použijeme Zefov vzorec:

Zef = 4 - 2,05 = 1,95

Čo to znamená? To znamená, že elektróny v orbitálnej sústave 2s ² zažívajú náboj +1,95, ktorý ich priťahuje smerom k jadru namiesto skutočného náboja +4.

Stanovte Zef pre elektróny v orbitále 3p

Znovu to pokračuje ako v predchádzajúcom príklade:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁶ ) (3s ² 3p ³ )

Teraz sa vyvinie algebraický súčet na určenie σ:

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

Zef je teda rozdiel medzi σ a Z:

Zef = 15 - 10,2 = 4,8

Záverom možno povedať, že posledné 3p ³ elektróny zažijú náboj trikrát menej silný ako ten pravý. Malo by sa tiež poznamenať, že podľa tohto pravidla majú elektróny 3 s ² rovnaký Zef, čo by mohlo v tomto ohľade vyvolať pochybnosti.

Existujú však úpravy Slaterovho pravidla, ktoré pomáhajú priblížiť vypočítané hodnoty k skutočným.

Referencie

1. Chemistry Libretexts. (2016, 22. októbra). Efektívne jadrové nabíjanie. Prevzaté z: chem.libretexts.org
2. Shiver a Atkins. (2008). Anorganická chémia. V Prvkoch skupiny 1. (Štvrté vydanie., Strany 19, 25, 26 a 30). Mc Graw Hill.
3. Slaterova vláda. Prevzaté z: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Účinok tienenia a účinný jadrový náboj. Prevzaté z: courses.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (23. apríla 2018). Ako vypočítať skutočný jadrový náboj. Sciencing. Prevzaté z: sciencing.com
6. Arlene Courtney. (2008). Pravidelné trendy. Západná Oregonská univerzita. Prevzaté z: wou.edu