แนวคิดของโหลดนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพวิธีการคำนวณและตัวอย่าง

โหลดนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ (Zef) คือแรงดึงดูดที่กระทำโดยนิวเคลียสของอิเล็กตรอนใด ๆ หลังจากถูกลดทอนโดยผลของการฉายและการเจาะ หากไม่มีผลดังกล่าวอิเล็กตรอนจะรู้สึกถึงแรงดึงดูดของประจุนิวเคลียร์ที่แท้จริง Z.

ในภาพด้านล่างเรามีโมเดลอะตอม Bohr สำหรับอะตอมที่สมมติขึ้น นิวเคลียสของมันมีประจุนิวเคลียร์ Z = + n ซึ่งดึงดูดอิเล็กตรอนที่โคจรรอบ (วงกลมสีน้ำเงิน) จะเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนสองตัวอยู่ในวงโคจรใกล้กับนิวเคลียสในขณะที่อิเล็กตรอนตัวที่สามอยู่ในระยะที่ไกลกว่านี้.

วงโคจรของอิเล็กตรอนที่สามรู้สึกถึงแรงขับไฟฟ้าสถิตของอิเล็กตรอนอีกสองตัวดังนั้นนิวเคลียสดึงดูดมันด้วยแรงที่น้อยกว่า นั่นคือปฏิสัมพันธ์ระหว่างนิวเคลียส - อิเล็กตรอนจะลดลงอันเป็นผลมาจากการป้องกันของอิเล็กตรอนสองตัวแรก.

จากนั้นอิเล็กตรอนสองตัวแรกจะรู้สึกถึงแรงที่น่าดึงดูดของประจุ + n แต่ประสบการณ์ที่สามนั้นแทนประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพที่ + (n-2).

อย่างไรก็ตาม Zef กล่าวว่าจะถูกต้องเฉพาะในกรณีที่ระยะทาง (รัศมี) ไปยังนิวเคลียสของอิเล็กตรอนทั้งหมดมีค่าคงที่และกำหนดไว้เสมอโดยหาค่าลบ (-1).

ดัชนี

• 1 แนวคิด
  • 1.1 ผลกระทบการเจาะและการคัดกรอง
• 2 วิธีการคำนวณ?
  • 2.1 Slater's Rule
• 3 ตัวอย่าง
  • 3.1 หาค่า Zef สำหรับอิเล็กตรอนของวง 2s2 ในเบริลเลียม
  • 3.2 หาค่า Zef สำหรับอิเล็กตรอนในฟอสเฟอร์ 3 วงโคจร
• 4 อ้างอิง

แนวคิด

โปรตอนจะกำหนดนิวเคลียสขององค์ประกอบทางเคมีและอิเล็กตรอนที่เป็นตัวตนของพวกมันภายในชุดของคุณลักษณะ (กลุ่มของตารางธาตุ).

โปรตอนเพิ่มประจุนิวเคลียร์ Z ในอัตรา n + 1 ซึ่งถูกชดเชยโดยการเพิ่มอิเล็กตรอนใหม่เพื่อทำให้เสถียรอะตอม.

เมื่อจำนวนของโปรตอนเพิ่มขึ้นนิวเคลียสจะถูก "ปกคลุม" โดยกลุ่มเมฆของอิเล็กตรอนที่มีพลวัตซึ่งพื้นที่ที่พวกมันไหลเวียนถูกกำหนดโดยการกระจายความน่าจะเป็นของส่วนรัศมีและเชิงมุมของฟังก์ชันคลื่น ( วงโคจร).

จากวิธีการนี้อิเล็กตรอนจะไม่โคจรในบริเวณที่กำหนดของพื้นที่รอบนิวเคลียส แต่ราวกับว่าพวกเขาเป็นใบพัดของพัดลมที่หมุนอย่างรวดเร็วพวกมันก็จะจางหายไปในรูปของวงโคจรที่รู้จักของ p, d และ f.

ด้วยเหตุนี้ประจุลบ -1 ของอิเล็กตรอนจึงถูกกระจายโดยบริเวณที่แทรกซึมวงโคจร ยิ่งมีผลต่อการแทรกซึมมากเท่าไหร่ประจุไฟฟ้านิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพก็จะยิ่งเพิ่มขึ้นเท่านั้น.

ผลกระทบการเจาะและคัดกรอง

ตามคำอธิบายก่อนหน้าอิเล็กตรอนของเลเยอร์ชั้นในไม่ได้มีส่วนร่วมในการประจุ -1 เพื่อความเสถียรของอิเล็กตรอนจากชั้นนอก.

อย่างไรก็ตามเคอร์เนลนี้ (เลเยอร์ก่อนหน้านี้เต็มไปด้วยอิเล็กตรอน) ทำหน้าที่เป็น "กำแพง" ที่ป้องกันแรงดึงดูดของนิวเคลียสจากการเข้าถึงอิเล็กตรอนชั้นนอก.

สิ่งนี้เรียกว่าเอฟเฟกต์หน้าจอหรือเอฟเฟกต์การคัดกรอง ยิ่งไปกว่านั้นอิเล็กตรอนทุกตัวในชั้นนอกไม่ได้สัมผัสกับขนาดเดียวกันของเอฟเฟกต์นั้น ตัวอย่างเช่นถ้าพวกเขาครอบครองวงโคจรที่มีลักษณะทะลุทะลวงสูง (นั่นคือมันผ่านหน้าใกล้กับนิวเคลียสและวงโคจรอื่น ๆ ) จากนั้นจะรู้สึกถึง Zef ที่ยิ่งใหญ่กว่า.

เป็นผลให้มีคำสั่งของความมั่นคงพลังงานตาม Zef เหล่านี้สำหรับวงโคจร: s

ซึ่งหมายความว่าการโคจร 2p มีพลังงานสูงกว่า (การเสถียรของประจุหลัก) น้อยกว่าการโคจร 2 วินาที.

ยิ่งผลกระทบของการเจาะทะลุออกมาน้อยลงเท่าไรก็ยิ่งส่งผลต่อการลดลงของหน้าจอที่เหลือของอิเล็กตรอนภายนอก orbitals d และ f แสดงหลุมหลายรู (โหนด) ที่นิวเคลียสดึงดูดอิเล็กตรอนอื่น ๆ.

วิธีการคำนวณ?

สมมติว่ามีประจุลบตั้งอยู่สูตรสำหรับการคำนวณ Zef สำหรับอิเล็กตรอนใด ๆ คือ:

Zef = Z - σ

ในสูตรดังกล่าวσเป็นค่าคงที่การป้องกันที่กำหนดโดยอิเล็กตรอนเคอร์เนล นี่เป็นเพราะว่าในทางทฤษฎีแล้วอิเล็กตรอนที่อยู่นอกสุดไม่ได้มีส่วนช่วยในการป้องกันของอิเล็กตรอนภายใน กล่าวอีกนัยหนึ่ง 1s² ป้องกันอิเล็กตรอน 2s¹, แต่ 2 วินาที¹ ไม่ได้ป้องกัน Z ถึง 1s อิเล็กตรอน².

ถ้า Z = 40 การละเลยผลกระทบที่กล่าวถึงอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายจะได้รับค่า Zef เท่ากับ 1 (40-39).

กฎของผู้ตำหนิ

กฎของผู้ตำหนิคือการประมาณค่า Zef ที่ดีสำหรับอิเล็กตรอนในอะตอม หากต้องการใช้มันมีความจำเป็นต้องทำตามขั้นตอนด้านล่าง:

1- การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของอะตอม (หรือไอออน) จะต้องเขียนดังนี้:

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

2- อิเล็กตรอนทางด้านขวาของสิ่งที่ถูกพิจารณาจะไม่ส่งผลต่อการป้องกัน.

3- อิเล็กตรอนที่อยู่ในกลุ่มเดียวกัน (ทำเครื่องหมายด้วยวงเล็บ) มีส่วนรับผิดชอบ 0.35 ของอิเล็กตรอนนอกเสียจากว่ามันจะเป็นกลุ่ม 1 ที่อยู่ในตำแหน่ง 0.30.

4- ถ้าอิเล็กตรอนมี s หรือ p โคจรแล้ว n-1 orbitals ทั้งหมดมีค่า 0.85 และ orbitals ทั้งหมด n-2 a.

5- ในกรณีที่อิเล็กตรอนอยู่ในวง d หรือ f ทั้งหมดที่อยู่ทางด้านซ้ายจะมีหน่วยเดียว.

ตัวอย่าง

กำหนด Zef สำหรับอิเล็กตรอนวงโคจร 2 วินาที² ในเบริลเลียม

หลังจากโหมดการเป็นตัวแทนของ Slater การกำหนดค่าทางอิเล็กทรอนิกส์ของ Be (Z = 4) คือ:

(1s²) (2 วินาที²2p⁰)

ในวงโคจรมีอิเล็กตรอนสองตัวหนึ่งในนั้นมีส่วนช่วยในการป้องกันของอีกวงหนึ่งและวงโคจร 1 วินาทีนั้นมี n-1 ของวงโคจร 2s จากนั้นการพัฒนาพีชคณิตผลรวมมีดังต่อไปนี้:

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

0.35 มาจากอิเล็กตรอน 2s และ 0.85 จากอิเล็กตรอนสองตัวจาก 1 วินาที ตอนนี้ใช้สูตรของ Zef:

Zef = 4 - 2.05 = 1.95

สิ่งนี้หมายความว่าอย่างไร หมายความว่าอิเล็กตรอนในวงโคจร 2 วินาที² พวกเขามีค่าใช้จ่าย +1.95 ซึ่งดึงดูดพวกมันไปยังนิวเคลียสแทนที่จะเป็นประจุ +4 ที่แท้จริง.

หาค่า Zef สำหรับอิเล็กตรอนในวงโคจร 3p³ ของฟอสฟอรัส

อีกครั้งดำเนินการต่อในตัวอย่างก่อนหน้านี้:

(1s²) (2 วินาที²2p⁶) (3 วินาที²3p³)

ตอนนี้ผลรวมเชิงพีชคณิตถูกพัฒนาขึ้นเพื่อตรวจสอบσ:

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

ดังนั้น Zef คือความแตกต่างระหว่างσและ Z:

Zef = 15-10.2 = 4.8

สรุปแล้วอิเล็กตรอน 3p ล่าสุด³ พวกเขามีค่าใช้จ่ายน้อยกว่าของจริงสามเท่า ควรสังเกตว่าตามกฎนี้อิเล็กตรอน 3s² สัมผัสกับ Zef เดียวกันผลลัพธ์ที่อาจกระตุ้นให้เกิดข้อสงสัย.

อย่างไรก็ตามมีการแก้ไขกฎ Slater ที่ช่วยประมาณค่าที่คำนวณได้ของจริง.

การอ้างอิง

1. วิชาเคมี (22 ตุลาคม 2559) ประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ นำมาจาก: chem.libretexts.org
2. ตัวสั่นและแอตกินส์ (2008) เคมีอนินทรีย์ ในองค์ประกอบของกลุ่ม 1 (ฉบับที่สี่, หน้า 19, 25, 26 และ 30) Mc Graw Hill.
3. กฎของผู้ตำหนิ นำมาจาก: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen ผลการป้องกันและประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ นำมาจาก: courses.lumenlearning.com
5. คริสฮอค (23 เมษายน 2018) วิธีการคำนวณประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ Sciencing นำมาจาก: sciencing.com
6. ดร. อาร์ลีนคอร์ทนี่ย์ (2008) แนวโน้มเป็นระยะ มหาวิทยาลัย Western Oregon นำมาจาก: wou.edu