TEHOKAS YDINVARAUS: KÄSITE, KUINKA SE LASKETAAN, JA ESIMERKKEJÄ - KEMIA - 2025

Tehokas ydinvaraus (ZEF) on houkutteleva voima, joka ydin kykenee tahansa elektronien jälkeen kun vähennetään vaikutukset suojaus ja levinneisyys. Jos tällaisia ​​vaikutuksia ei olisi, elektronit tuntevat todellisen ydinvarauksen Z houkuttelevan voiman.

Alemmassa kuvassa on Bohrin atomimalli kuvitteelliselle atomille. Sen ytimessä on ydinvaraus Z = + n, joka houkuttelee sen ympäri kiertäviä elektroneja (siniset ympyrät). Voidaan nähdä, että kaksi elektronia on kiertoradalla lähempänä ydintä, kun taas kolmas elektroni on kauempana siitä.

Kolmas elektroni kiertää tunteen kahden muun elektronin staattiset heikentymiset, joten ydin houkuttelee sitä vähemmän voimalla; ts. ydin-elektroni-vuorovaikutus vähenee kahden ensimmäisen elektronin suojauksen seurauksena.

Joten kaksi ensimmäistä elektronia tuntevat + n-varauksen houkuttelevan voiman, mutta kolmas kokee sen sijaan + (n-2): n tehokkaan ydinvarauksen.

Tämä Zef olisi kuitenkin pätevä vain, jos kaikkien elektronien etäisyydet (säde) ytimeen olisivat aina vakiona ja varmat, sijoittamalla niiden negatiiviset varaukset (-1).

Konsepti

Protonit määrittelevät kemiallisten elementtien ytimet ja elektronit määrittelevät niiden identiteetin ominaisuusjoukon sisällä (jaksollisen taulukon ryhmät).

Protonit lisäävät ydinvarausta Z nopeudella n + 1, joka kompensoidaan lisäämällä uusi elektroni atomin stabiloimiseksi.

Kun protonien lukumäärä kasvaa, ydin “peittyy” dynaamisella elektronipilvella, jossa alueet, joiden läpi ne kiertävät, määritetään aaltofunktion säteittäisten ja kulmaosien todennäköisyysjakaumien avulla (orbitaalien).

Tästä lähestymistavasta lähtien elektronit kiertävät ytimen ympärillä olevalla määritellyllä avaruusalueella, vaan ne, kuten nopeasti pyörivän tuulettimen siivet, hämärtyvät tunnettujen s, p, d ja f kiertoratojen muotoihin.

Tästä syystä elektronin negatiivinen varaus -1 jakautuu alueille, joihin kiertoradat tunkeutuvat; mitä suurempi tunkeutuva vaikutus, sitä suurempi tehokas ydinvaraus, jonka mainittu elektroni kokee kiertoradalla.

Läpäisy- ja suojausvaikutukset

Yllä olevan selityksen mukaan sisäkuorissa olevat elektronit eivät lisää varausta -1 ulkoisten kuorien elektronien vakauttavaan heikentymiseen.

Tämä ydin (aikaisemmin elektronien täyttämät kuoret) toimii kuitenkin "seinämänä", joka estää ytimen houkuttelevan voiman pääsyn ulkoelektroneihin.

Tätä kutsutaan näytön tehosteksi tai suojausvaikutukseksi. Kaikilla ulkoisten kuorien elektronilla ei ole samansuuruista vaikutusta; esimerkiksi jos miehität kiertoradan, jolla on voimakkaasti tunkeutuva luonne (eli joka kulkee hyvin lähellä ydintä ja muita kiertoratoja), tunnet korkeamman Zefin.

Seurauksena energiatehokkuusjärjestys syntyy näiden Zefin funktiona kiertoradalle: s

Tämä tarkoittaa, että 2p-kiertoradalla on korkeampi energia (vähemmän stabiloitu ytimen varauksella) kuin 2s-kiertoradalla.

Mitä huonompi kiertoradan tunkeutumisvaikutus, sitä vähemmän sen näytön vaikutus muihin ulkoisiin elektroneihin. D- ja f-kiertoradat osoittavat monia reikiä (solmuja), joissa ydin houkuttelee muita elektroneja.

Kuinka laskea se?

Jos oletetaan, että negatiiviset varaukset ovat lokalisoituja, kaava minkä tahansa elektronin Zefin laskemiseksi on:

Zef = Z - σ

Tässä kaavassa σ on ytimen elektronien määrittämä suojavakio. Tämä johtuu siitä, että teoreettisesti uloimmat elektronit eivät osallistu sisäisten elektronien suojaukseen. Toisin sanoen, 1s ² kilvet 2s ¹ elektroni, mutta 2s ¹ ei Z suojata 1s ² elektroneja.

Jos Z = 40 unohtaa mainitut vaikutukset, viimeisessä elektronissa Zef on yhtä suuri kuin 1 (40-39).

Slaterin sääntö

Slaterin sääntö on hyvä likiarvo atomin elektronien Zef-arvoista. Asenna se noudattamalla seuraavia vaiheita:

1- Atomin (tai ionin) elektroninen kokoonpano tulisi kirjoittaa seuraavasti:

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

2- Tarkasteltavana olevan oikealla puolella olevat elektronit eivät vaikuta suojausvaikutukseen.

3- Samassa ryhmässä olevat elektronit (suluilla merkityt) antavat elektronin varauksen 0,35, ellei se ole ryhmää 1, sen sijaan 0,30.

4- Jos elektroni vie sopivan kiertoradan, niin kaikki n-1-kiertoradat osallistuvat 0,85 ja kaikki n-2-kiertoradat ovat yksi yksikkö.

5- Siinä tapauksessa, että elektroni vie dof-kiertoradan, kaikki vasemmalla puolella olevat osallistuvat yhteen yksikköön.

esimerkit

Määritä Zef elektroneille 2s-kiertoradalla

Slaterin esittämismoodin mukaisesti Be (Z = 4): n elektroninen kokoonpano on:

(1s ²) (2s ² 2p ⁰)

Koska kiertoradalla on kaksi elektronia, yksi näistä myötävaikuttaa toisen suojaukseen ja 1s: n kiertorata on 2: n kiertoradan n-1. Sitten, kehittämällä algebrallista summaa, meillä on seuraavat:

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

0,35 tuli 2s-elektronista ja 0,85 kahdesta 1s-elektronista. Nyt, soveltamalla Zefin kaavaa:

Zef = 4 - 2,05 = 1,95

Mitä tämä tarkoittaa? Se tarkoittaa, että elektronit 2s ² Orbital kokemus maksu 1,95 joka houkuttelee niitä kohti ytimen sijasta todellinen vastuussa +4.

Määritä Zef elektroneille 3p-kiertoradalla

Se jatkuu jälleen kuten edellisessä esimerkissä:

(1s ²) (2s ² 2p ⁶) (3s ² 3p ³)

Nyt algebrallinen summa on kehitetty määrittämään σ:

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

Joten Zef on ero σ: n ja Z: n välillä:

Zef = 15-10,2 = 4,8

Yhteenvetona voidaan todeta, että viimeisillä 3p ³ elektronilla on varaus, joka on kolme kertaa heikompi kuin todellinen. On myös syytä huomata, että mukaan tästä säännöstä 3s ² elektronit kokevat samat ZEF, että tulos voi herättää epäilyksiä tältä osin.

Slaterin säännössä on kuitenkin muutoksia, jotka auttavat lähentämään lasketut arvot todellisiin arvoihin.

Viitteet

1. Kemia Libretexts. (2016, 22. lokakuuta). Tehokas ydinvaraus. Otettu: chem.libretexts.org
2. Shiver ja Atkins. (2008). Epäorgaaninen kemia. Ryhmän 1 alkioissa (neljäs painos., Sivut 19, 25, 26 ja 30). Mc Graw Hill.
3. Slaterin sääntö. Otettu: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Suojavaikutus ja tehokas ydinvaraus. Otettu: kurssit.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (23. huhtikuuta 2018). Kuinka laskea tehokas ydinvaraus. Sciencing. Ostettu: sciencing.com
6. Tri Arlene Courtney. (2008). Määräaikaiset suuntaukset. Länsi-Oregonin yliopisto. Ostettu: wou.edu