Del:
Effektiv kernekraftkoncept, Sådan beregnes og eksempler
den effektiv nuklear belastning (Zef) er attraktionskraften udøvet af kernen på nogen af elektronerne efter at være reduceret af virkningerne af screening og penetration. Hvis der ikke var sådanne virkninger, ville elektronerne føle den attraktive kraft af den faktiske nukleare ladning Z.
I det nederste billede har vi Bohr atommodellen til et fiktivt atom. Dens kerne har en nukleær ladning Z = + n, som tiltrækker de elektroner, der kredser rundt (de blå cirkler). Det kan ses, at to elektroner er i en bane tættere på kernen, mens den tredje elektron ligger i større afstand fra dette.
De tredje elektronbaner føler de elektrostatiske afstødninger af de to andre elektroner, så kernen tiltrækker den med mindre kraft; det vil sige, at kerne-elektron-interaktionen falder som et resultat af afskærmningen af de to første elektroner.
Derefter føler de første to elektroner den attraktive kraft af en ladning + n, men den tredje oplever i stedet en effektiv nukleær ladning af + (n-2).
Imidlertid sagde Zef kun at være gyldig, hvis afstanden (radius) til kernen i alle elektronerne altid var konstant og defineret, lokalisering af deres negative ladninger (-1).
indeks
- 1 koncept
- 1.1 Penetration og screeningseffekter
- 2 Sådan beregnes det?
- 2.1 Slater's Rule
- 3 eksempler
- 3.1 Bestem Zef for elektronerne i 2s2-orbitalet i beryllium
- 3.2 Bestem Zef for elektroner i phosphor 3-kredsløbet
- 4 referencer
koncept
Protonerne definerer kernerne i de kemiske elementer, og elektronerne deres identitet inden for et sæt karakteristika (grupperne i det periodiske bord).
Protonerne øger nuklearladningen Z med en hastighed på n + 1, som kompenseres ved tilsætning af en ny elektron til at stabilisere atomen.
Efterhånden som antallet af protoner stiger, er kernen "dækket" af en dynamisk elektronmolne, hvori de regioner, gennem hvilke de cirkulerer, er defineret ved sandsynlighedsfordelingen af de radiale og vinkelmæssige dele af bølgefunktionerne ( orbitalerne).
Fra denne tilgang kredser elektronerne ikke rundt i en afgrænset region af rummet omkring kernen, men som om de var blades af en fan, der spandt hurtigt, falder de ind i formerne af de kendte orbitaler s, p, d og f.
Af denne grund fordeles den negative ladning -1 af en elektron af de regioner, der trænger ind i orbitalerne; jo større indtrængende effekt, desto større er den effektive nukleare ladning, som elektronen oplever i orbitalet.
Penetrations- og screeningseffekter
Ifølge den foregående forklaring bidrager elektronerne af de indre lag ikke med en ladning på -1 til den stabiliserende afstødning af elektronerne fra de ydre lag.
Imidlertid tjener denne kernel (lagene der tidligere er fyldt med elektroner) som en "væg", som forhindrer kernekraftens tiltrækningskraft i at nå de ydre elektroner.
Dette er kendt som en skærm effekt eller screening effekt. Også ikke alle elektroner i de ydre lag oplever samme størrelsesorden af den effekt; for eksempel, hvis de besætter et orbital, der har et højt indtrængende karakter (det vil sige det går meget tæt på kernen og andre orbitaler), så vil det føle sig større Zef.
Som følge heraf er der en orden af energistabilitet baseret på disse Zef for orbitalerne: s Dette betyder, at 2p-kredsløbet har højere energi (mindre stabiliseret ved kerneladningen) end 2-kredsløbet. Jo fattigere effekten af penetration udøves af orbitalet, jo lavere er skærmens effekt på resten af de eksterne elektroner. D- og f-orbitalerne viser mange huller (knuder), hvor kernen tiltrækker andre elektroner. Forudsat at de negative ladninger er placeret, er formlen til beregning af Zef for enhver elektron: Zef = Z - σ I formlen σ er afskærmningskonstanten bestemt af kernelektronerne. Dette skyldes, at de yderste elektroner i teorien ikke bidrager til afskærmningen af de indre elektroner. Med andre ord, 1s2 Afskærmning af elektronen 2s1, men 2s1 Beskytter ikke Z til 1s elektroner2. Hvis Z = 40, forsømmer de nævnte effekter, vil den sidste elektron opleve en Zef lig med 1 (40-39). Slater's regel er en god tilnærmelse af Zef-værdierne for elektronerne i atomet. For at anvende det er det nødvendigt at følge nedenstående trin: 1- Den elektroniske konfiguration af atomet (eller ion) skal skrives som følger: (1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) ... 2- Elektroner til højre for den, der overvejes, bidrager ikke til afskærmningseffekten. 3- Elektronerne, der er inden for samme gruppe (markeret med parenteserne), bidrager 0,35 til elektronens ladning, medmindre det er gruppen 1s, der er på plads 0.30. 4- Hvis elektronen indtager en s eller p-kredsløb, så bidrager alle n-1 orbitaler 0,85, og alle orbitaler n-2 en enhed. 5- Hvis elektronen indtager en orbital d eller f, bidrager alle dem til venstre med en enhed. Efter Slater's repræsentationstilstand er den elektroniske konfiguration af Be (Z = 4): (1s2) (2s22p0) Som i orbitalet er der to elektroner, bidrager en af disse til afskærmningen af den anden, og 1s-kredsløbet er n-1 i 2'ers kredsløb. Derefter har udviklingen af algebraisk summen følgende: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 0,35 kom fra 2'erne elektronen og 0,85 fra de to elektroner fra 1'erne. Brug nu Zefs formel: Zef = 4 - 2,05 = 1,95 Hvad betyder dette? Det betyder, at elektronerne i 2'ers kredsløb2 de oplever en afgift på +1,95, der tiltrækker dem til kernen, i stedet for det faktiske gebyr på +4. Igen fortsæt som i det foregående eksempel: (1s2) (2s22p6) (3s23p3) Nu er den algebraiske sum udviklet til at bestemme σ: (, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2 Så, Zef er forskellen mellem a og z: Zef = 15-10,2 = 4,8 Som konklusion er de nyeste 3p elektroner3 De oplever en afgift tre gange mindre stærk end den virkelige. Det skal også bemærkes, at ifølge denne regel 3s elektroner2 Opleve det samme Zef, resultat der kunne skabe tvivl om. Der er dog ændringer i Slater-reglen, som hjælper til at beregne de beregnede værdier af de rigtige.Sådan beregnes det?
Slater's Rule
eksempler
Bestem Zef for de 2-polede elektroner2 i beryllium
Bestem Zef for elektroner i 3p-kredsløbet3 af fosfor
referencer