الحمل النووي الفعال مفهوم ، وكيفية حساب والأمثلة

ال الحمل النووي الفعال (Zef) هي قوة الجذب التي تمارسها النواة على أي من الإلكترونات بعد الحد من آثار الفرز والاختراق. إذا لم يكن هناك مثل هذه الآثار ، فإن الإلكترونات ستشعر بالقوة الجذابة للشحنة النووية الفعلية Z.

في الصورة السفلية لدينا نموذج بوهر الذري لذرة وهمية. تحتوي نواته على شحنة نووية Z = + n ، والتي تجذب الإلكترونات التي تدور حولها (الدوائر الزرقاء). يمكن ملاحظة أن إلكترونين في مدار أقرب إلى النواة ، بينما الإلكترون الثالث يقع على مسافة أكبر من هذا.

الإلكترون الثالث يدور حول الإحساس بالصدمات الإلكتروستاتيكية للإلكترونين الآخرين ، وبالتالي فإن النواة تجذبها بقوة أقل ؛ وهذا يعني أن التفاعل بين النواة والإلكترون يتناقص نتيجة لحماية أول إلكترونين.

بعد ذلك ، يشعر أول إلكترونين بالقوة الجذابة لشحنة + ن ، ولكن التجربة الثالثة بدلاً من ذلك شحنة نووية فعالة تبلغ + (ن -2).

ومع ذلك ، فإن Zef لن يكون صالحًا إلا إذا كانت المسافات (نصف القطر) إلى نواة جميع الإلكترونات ثابتة ومحددة دائمًا ، مع تحديد موقع شحنتها السلبية (-1).

مؤشر

• 1 مفهوم
  • 1.1 آثار الاختراق والفرز
• 2 كيفية حسابها?
  • 2.1 القاعدة سلاتر
• 3 أمثلة
  • 3.1 تحديد Zef لإلكترونات المداري 2s2 في البريليوم
  • 3.2 حدد Zef للإلكترونات في الفوسفور 3 المداري
• 4 المراجع

مفهوم

تحدد البروتونات نواة العناصر الكيميائية والإلكترونات هويتها ضمن مجموعة من الخصائص (مجموعات الجدول الدوري).

تزيد البروتونات الشحنة النووية Z بمعدل n + 1 ، والتي يتم تعويضها عن طريق إضافة إلكترون جديد لتحقيق الاستقرار في الذرة.

مع ازدياد عدد البروتونات ، يتم "تغطية" النواة بسحابة ديناميكية من الإلكترونات ، يتم فيها تحديد المناطق التي تنتقل من خلالها بتوزيع الاحتمال للأجزاء الشعاعية والزاوية لوظائف الموجة ( المدارات).

من هذا النهج ، لا تدور الإلكترونات في منطقة محددة من الفضاء حول النواة ، ولكن كما لو كانت شفرات مروحة تدور بسرعة ، فإنها تتلاشى في أشكال المدارات المعروفة s و p و d و f.

لهذا السبب ، يتم توزيع الشحنة السلبية -1 للإلكترون بواسطة المناطق التي تخترق المدارات ؛ كلما زاد تأثير الاختراق ، زادت الشحنة النووية الفعالة التي سيختبرها الإلكترون في المدار.

آثار الاختراق والفرز

وفقًا للتفسير السابق ، لا تسهم إلكترونات الطبقات الداخلية في شحنة -1 في ثبات استقرار الإلكترونات من الطبقات الخارجية.

ومع ذلك ، فإن هذه النواة (الطبقات التي سبق ملؤها بالإلكترونات) بمثابة "جدار" يمنع قوة النواة الجذابة من الوصول إلى الإلكترونات الخارجية.

هذا هو المعروف باسم تأثير الشاشة أو تأثير الفرز. أيضا ، ليس كل الإلكترونات في الطبقات الخارجية تعاني من نفس الحجم من هذا التأثير ؛ على سبيل المثال ، إذا كانوا يشغلون مدارًا ذا طابع عالي الاختراق (أي ، فهو يمر بالقرب من النواة والمدارات الأخرى) ، فسيشعر بوجود Zef أكبر.

نتيجة لذلك ، هناك أمر لاستقرار الطاقة يعتمد على Zef بالنسبة للمدارات: s

هذا يعني أن المدار 2p يتمتع بقدرة أعلى (أقل استقرارًا بالشحنة الأساسية) من المداري 2s.

فكلما كان تأثير الاختراق الذي تمارسه المدارية ، كلما كان تأثيره على الشاشة أقل على بقية الإلكترونات الخارجية. يُظهر المداران d و f العديد من الثقوب (العقد) حيث تجذب النواة إلكترونات أخرى.

كيفية حسابها?

بافتراض وجود شحنة سالبة ، فإن صيغة حساب Zef لأي إلكترون هي:

Zef = Z - σ

في الصيغة المذكورة ، constant هو ثابت التدريع الذي تحدده إلكترونات النواة. وذلك لأن نظريًا ، لا تسهم الإلكترونات الخارجية في حماية الإلكترونات الداخلية. وبعبارة أخرى ، 1S² الدروع 2s الإلكترون¹, لكن 2S¹ لا يحمي الإلكترونات من Z إلى 1s².

إذا كانت Z = 40 ، مع إهمال التأثيرات المذكورة ، فسيختبر آخر إلكترون Zef يساوي 1 (40-39).

حكم سلاتر

قاعدة سلاتر هي تقريب جيد لقيم Zef للإلكترونات الموجودة في الذرة. لتطبيقه ، من الضروري اتباع الخطوات التالية:

1- يجب كتابة التكوين الإلكتروني للذرة (أو أيون) على النحو التالي:

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

2 - لا تسهم الإلكترونات الموجودة على يمين الشخص قيد الدراسة في تأثير التدريع.

3- تسهم الإلكترونات الموجودة داخل نفس المجموعة (التي تحمل أقواس) بـ 0.35 في شحنة الإلكترون ما لم تكن المجموعة 1 ، حيث تكون في مكانها 0.30.

4- إذا احتل الإلكترون المدار s أو p ، تساهم جميع المدارات n-1 في 0.85 ، وجميع المدارات n-2 a unit.

5 - في حالة احتلال الإلكترون المداري d أو f ، يساهم جميع الموجودين على يساره بوحدة واحدة.

أمثلة

حدد Zef للإلكترونات المدارية 2s² في البريليوم

باتباع وضع تمثيل سلاتر ، التكوين الإلكتروني لل Be (Z = 4) هو:

(1S²) (2 ثانية²2P⁰)

كما هو الحال في المدار ، يوجد إلكترونان ، أحدهما يساهم في حماية الآخر ، والمداري 1s هو n-1 من المدار 2s. ثم ، فإن تطوير المبلغ الجبري له ما يلي:

(0.35) (1) + (0.85) (2) = 2.05

جاء 0.35 من إلكترون 2s ، و 0.85 من إلكترونين من 1s. الآن ، طبق صيغة Zef:

Zef = 4 - 2.05 = 1.95

ماذا يعني هذا؟ وهذا يعني أن الإلكترونات في المداري 2s² يواجهون شحنة بقيمة +1.95 تجذبهم إلى النواة ، بدلاً من الشحن الفعلي +4.

تحديد Zef للإلكترونات في المدار 3P³ من الفوسفور

مرة أخرى ، تابع كما في المثال السابق:

(1S²) (2 ثانية²2P⁶) (3s²3P³)

الآن تم تطوير المبلغ الجبري لتحديد σ:

(، 35) (4) + (0.85) (8) + (1) (2) = 10.2

لذلك ، Zef هو الفرق بين σ و Z:

Zef = 15-10.2 = 4.8

في الختام ، أحدث إلكترونات 3p³ أنها تجربة تهمة أقل ثلاث مرات من تهمة حقيقية. تجدر الإشارة أيضًا إلى أنه ، وفقًا لهذه القاعدة ، الإلكترونات 3s² تجربة نفس Zef ، النتيجة التي يمكن أن تثير الشكوك حول.

ومع ذلك ، هناك تعديلات على قاعدة Slater تساعد في تقريب القيم المحسوبة للقيم الحقيقية.

مراجع

1. Libretexts الكيمياء. (22 أكتوبر 2016). التهمة النووية الفعالة. مأخوذة من: chem.libretexts.org
2. رعشة واتكينز. (2008). كيمياء غير عضوية في عناصر المجموعة 1. (الطبعة الرابعة ، الصفحات 19 و 25 و 26 و 30). مولودية جراو هيل.
3. حكم سلاتر. مأخوذة من: intro.chem.okstate.edu
4. التجويف. تأثير التدريع والتهمة النووية الفعالة. مأخوذة من: courses.lumenlearning.com
5. هوك ، كريس. (23 أبريل 2018). كيفية حساب التهمة النووية الفعالة. Sciencing. مأخوذة من: sciencing.com
6. الدكتور ارلين كورتني. (2008). الاتجاهات الدورية. جامعة ولاية أوريغون الغربية. مأخوذة من: wou.edu