Πώς να υπολογίσετε το αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο

Το αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο αναφέρεται στο φορτίο που αισθάνονται τα εξωτερικά ηλεκτρόνια (σθένους) ενός ατόμου πολλών ηλεκτρονίων αφού ληφθεί υπόψη ο αριθμός των ηλεκτρονίων θωράκισης που περιβάλλουν τον πυρήνα. Η τάση στον περιοδικό πίνακα είναι να αυξάνεται σε μια περίοδο και να αυξάνεται προς τα κάτω μια ομάδα.

Τύπος αποτελεσματικού πυρηνικού φορτίου

Ο τύπος για τον υπολογισμό του ενεργού πυρηνικού φορτίου για ένα μόνο ηλεκτρόνιο είναι:

Z_eff *= * Ζ − S

• Z_eff είναι το ενεργό πυρηνικό φορτίο ή Z αποτελεσματικό
• Z είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα, ο ατομικός αριθμός
• S είναι η μέση ποσότητα ηλεκτρονιακής πυκνότητας μεταξύ του πυρήνα και του ηλεκτρονίου

Υπολογισμός αποτελεσματικού πυρηνικού φορτίου

Ο υπολογισμός του ενεργού πυρηνικού φορτίου περιλαμβάνει την κατανόηση των τιμών Z και S. Το Z είναι ατομικός αριθμός και το S απαιτεί τη χρήση των Κανόνων του Slater για τον προσδιορισμό μιας τιμής θωράκισης του νέφους ηλεκτρονίων μεταξύ του πυρήνα και του ηλεκτρονίου που εξετάζουμε.

Βήμα 1:Εύρεση ατομικού αριθμού για προσδιορισμό της τιμής Z

Παράδειγμα προβλήματος :Ποιο είναι το αποτελεσματικό πυρηνικό φορτίο για το ηλεκτρόνιο σθένους στο νάτριο;

Z είναι ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα του ατόμου και αυτό καθορίζει το θετικό φορτίο του πυρήνα. Ο αριθμός των πρωτονίων στον πυρήνα ενός ατόμου είναι επίσης γνωστός ως ατομικός αριθμός.

Χρησιμοποιώντας έναν περιοδικό πίνακα στοιχείων, εντοπίστε τον επιθυμητό ατομικό αριθμό. Στο παραπάνω παράδειγμα, το νάτριο, σύμβολο Na, έχει ατομικό αριθμό 11.

Βήμα 2:Γράψτε τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων

Γράψτε τη διαμόρφωση ηλεκτρονίων του στοιχείου με την ακόλουθη σειρά και ομαδοποιήσεις:

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

Θυμηθείτε ότι οι αριθμοί (1, 2, 3. . .) αντιστοιχούν στον κύριο κβαντικό αριθμό ή στο επίπεδο ενεργειακής στιβάδας των ηλεκτρονίων στο άτομο, και αυτό δηλώνει πόσο μακριά βρίσκονται τα ηλεκτρόνια από τον πυρήνα. Τα γράμματα (s, p, d, f) αντιστοιχούν στο δεδομένο σχήμα του τροχιακού ενός ηλεκτρονίου. Για παράδειγμα, το "s" είναι ένα σφαιρικό τροχιακό σχήμα και το "p" μοιάζει με το σχήμα 8.

Για το νάτριο, η διαμόρφωση ηλεκτρονίων είναι (1s) (2s, 2p) (3s).

Στο παραπάνω παράδειγμα, το νάτριο έχει 11 ηλεκτρόνια:δύο ηλεκτρόνια στο πρώτο ενεργειακό επίπεδο (1), οκτώ ηλεκτρόνια στο δεύτερο ενεργειακό επίπεδο (2) και ένα ηλεκτρόνιο στο τρίτο ενεργειακό επίπεδο. Το ηλεκτρόνιο στο τροχιακό 3s είναι το επίκεντρο του παραδείγματος.

Βήμα 3:Προσδιορίστε μια Shielding Value σε κάθε Electron

Η τιμή S μπορεί να υπολογιστεί χρησιμοποιώντας τους κανόνες του Slater, που ονομάστηκαν από τον επιστήμονα John C. Slater που τους ανέπτυξε. Αυτοί οι κανόνες δίνουν τιμές θωράκισης σε κάθε ηλεκτρόνιο. όχι περιλαμβάνουν μια τιμή του ηλεκτρονίου ενδιαφέροντος. Εκχωρήστε τις ακόλουθες τιμές:

1. Τα ηλεκτρόνια στα δεξιά του ηλεκτρονίου ενδιαφέροντος δεν περιέχουν καμία τιμή θωράκισης.
2. Τα ηλεκτρόνια στην ίδια ομάδα (όπως βρέθηκαν στην ομαδοποίηση διαμόρφωσης ηλεκτρονίων στο Βήμα 2) με το ηλεκτρόνιο που ενδιαφέρει προστατεύει 0,35 μονάδες πυρηνικού φορτίου.
3. Για ηλεκτρόνια s ή p:στα ηλεκτρόνια με μία μικρότερη τιμή του κύριου κβαντικού αριθμού (ενεργειακό επίπεδο:1, 2, 3. . . .) εκχωρούνται 0,85 μονάδες πυρηνικού φορτίου. Τα ηλεκτρόνια βρήκαν δύο ή περισσότερα επίπεδα ενέργειας χαμηλότερη ασπίδα 1,00 μονάδα.
4. Για d ή f ηλεκτρόνια:όλα τα ηλεκτρόνια καλύπτουν 1,00 μονάδα.

Για το παραπάνω παράδειγμα, οι απαντήσεις για το Na θα ήταν:

1. 0; δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια ψηλότερα (ή δεξιά στην ηλεκτρονική διαμόρφωση)
2. 0; δεν υπάρχουν άλλα ηλεκτρόνια στο τροχιακό 3s του Na.
3. 8,8; Απαιτεί δύο υπολογισμούς:πρώτον, υπάρχουν οκτώ ηλεκτρόνια στο φλοιό ενεργειακού επιπέδου 2, δύο στο φλοιό s και έξι στο p. 8 × 0,85 =6,8. Επιπλέον, καθώς τα ηλεκτρόνια 1s είναι δύο επίπεδα από το ηλεκτρόνιο που μας ενδιαφέρει:2 × 1.
4. 0; δεν υπάρχουν ηλεκτρόνια d ή f.

Βήμα 4:Άθροισμα των τιμών S

Προσθέστε όλες τις χρεώσεις θωράκισης που υπολογίστηκαν χρησιμοποιώντας τους κανόνες του Slater.

Στο πρόβλημα του δείγματος, οι τιμές θωράκισης αθροίζονται σε 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Βήμα 5:Εύρεση Z Effective χρησιμοποιώντας τον τύπο

Τοποθετήστε τις τιμές για το Z και το S στον τύπο ενεργού πυρηνικού φορτίου:

Z_eff *= * Ζ − S

Στο παραπάνω παράδειγμα για το Na:11 − 8,8 =2,2

Το ενεργό πυρηνικό φορτίο του ηλεκτρονίου 3s στο άτομο νατρίου είναι 2,2. Σημειώστε ότι η τιμή είναι χρέωση και δεν περιέχει μονάδες.