אפקטיבי לטעון גרעיני קונספט, כיצד לחשב דוגמאות

ה - עומס גרעיני יעיל (Zef) הוא כוח המשיכה המופעל על ידי הגרעין על כל אחד מהאלקטרונים לאחר צמצום השפעת ההקרנה והחדירה. אם לא היו השפעות כאלה, האלקטרונים היו מרגישים את הכוח האטרקטיבי של המטען הגרעיני האמיתי Z.

בתמונה התחתונה יש לנו את המודל האטומי Bohr עבור אטום פיקטיבי. הגרעין שלה יש מטען גרעיני Z = n, אשר מושך את האלקטרונים שמסביב סביב (עיגולים כחולים). ניתן לראות כי שני אלקטרונים נמצאים במסלול קרוב יותר לגרעין, בעוד שהאלקטרון השלישי נמצא במרחק גדול יותר מזה.

האלקטרון השלישי מקיף את הדחיפות האלקטרוסטטיות של שני האלקטרונים האחרים, כך שהגרעין מושך אותו בכוח פחות; כלומר, האינטראקציה הגרעין אלקטרונים פוחתת כתוצאה של מיגון של שני האלקטרונים הראשונים.

לאחר מכן, שני האלקטרונים הראשונים חשים את הכוח האטרקטיבי של מטען + n, אבל החוויה השלישית במקום מטען גרעיני יעיל של + (n-2).

עם זאת, אמר Zef יהיה תקף רק אם המרחקים (רדיוס) לגרעין של כל האלקטרונים היו קבועים תמיד מוגדר, איתור החיובים השליליים שלהם (-1).

אינדקס

• 1 קונספט
  • 1.1 חדירות ואפקטי הקרנה
• כיצד לחשב את זה?
  • 2.1 שלטון סלייטר
• 3 דוגמאות
  • 3.1 קביעת Zef עבור האלקטרונים של מסלול 2s2 ב בריליום
  • 3.2 קביעת Zef עבור אלקטרונים בזרחן 3 מסלולית
• 4 הפניות

קונספט

הפרוטונים מגדירים את גרעיני היסודות הכימיים, ואת האלקטרונים שלהם זהות בתוך קבוצה של מאפיינים (הקבוצות של הטבלה המחזורית).

הפרוטונים מגדילים את המטען הגרעיני Z בשיעור n + 1, אשר מתוגמל על ידי תוספת של אלקטרון חדש לייצוב האטום.

ככל שמספר הפרוטונים גדל, הגרעין "מכוסה" על ידי ענן דינמי של אלקטרונים, שבו האזורים שבהם הם מפיצים מוגדרים על ידי התפלגות ההסתברות של החלקים הרדיאליים והזווניים של פונקציות הגל ( את האורביטלים).

מגישה זו, האלקטרונים אינם מסובבים באזור מוגדר של המרחב סביב הגרעין, אבל, כאילו היו להבי המאוורר מסתובבים במהירות, הם דועכים לצורות של אורביטלים ידועים, p, d ו- f.

מסיבה זו, המטען השלילי -1 של האלקטרון מופץ על ידי אותם אזורים החודרים אל האורביטלים; ככל שהאפקט החודר יגדל, כך יגדל החיוב הגרעיני האפקטיבי שהאלקטרון יחווה במסלול.

תופעות חדירה והקרנה

על פי ההסבר הקודם, האלקטרונים של השכבות הפנימיות אינם תורמים מטען של -1 לדחייה המייצבת של האלקטרונים מן השכבות החיצוניות.

עם זאת, ליבה זו (שכבות מילאו בעבר על ידי אלקטרונים) משמש "קיר" המונע את הכוח האטרקטיבי של הגרעין להגיע האלקטרונים החיצוניים.

זה ידוע בשם אפקט מסך או אפקט ההקרנה. כמו כן, לא כל האלקטרונים בשכבות החיצוניות חווים את אותו גודל של אפקט זה; למשל, אם הם תופסים מסלול בעל אופי חודר גבוה (כלומר, הוא עובר קרוב מאוד לגרעין ולמסלולים אחרים), ואז הוא ירגיש Zef גדול יותר.

כתוצאה מכך, יש סדר של יציבות אנרגיה על בסיס אלה Zef עבור האורביטלים: s

משמעות הדבר היא כי מסלול 2p יש אנרגיה גבוהה יותר (פחות התייצב על ידי המטען הליבה) מאשר המסלול 2s.

ככל שהשפעת החדירה על ידי האורביטלי נמוכה יותר, כך השפעת האפקט על המסך נמוכה יותר על שאר האלקטרונים החיצוניים. D ו- F אורביטלים להראות חורים רבים (צמתים) שבו הגרעין מושך אלקטרונים אחרים.

כיצד לחשב את זה?

בהנחה שהחיובים השליליים ממוקמים, הנוסחה לחישוב Zef עבור כל אלקטרון היא:

Zef = Z - σ

בנוסחה האמורה σ הוא קבוע המגן שנקבע על ידי האלקטרונים הקרנל. הסיבה לכך היא, תיאורטית, האלקטרונים החיצוניים אינם תורמים להגנה של האלקטרונים הפנימיים. במילים אחרות, 1s² מגנים את האלקטרונים 2s¹, אבל 2s¹ אינו מגן על אלקטרונים מסוג Z עד 1S².

אם Z = 40, מזניחים את ההשפעות שהוזכרו, אז האלקטרון האחרון יחווה Zef שווה 1 (40-39).

שלטון סלייטר

הכלל של סלייטר הוא קירוב טוב של ערכי Zef עבור האלקטרונים באטום. כדי להחיל אותו, יש לבצע את השלבים הבאים:

1 - תצורה אלקטרונית של האטום (או יון) חייב להיות כתוב כדלקמן:

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

2 - אלקטרונים מימין לזו שנחשבת אינם תורמים לאפקט המגן.

3 - האלקטרונים הנמצאים בתוך אותה קבוצה (מסומנים בסוגריים) תורמים 0.35 את המטען של האלקטרון, אלא אם כן הוא הקבוצה 1s, להיות במקומו 0.30.

4. אם האלקטרון תופס מסלול S או p, אז כל n-1 אורביטלים לתרום 0.85, וכל האורביטלים n-2 יחידה.

5. במקרה האלקטרון תופס d או מסלולית, כל אלה בצד שמאל לתרום עם יחידה אחת.

דוגמאות

קביעת Zef עבור האלקטרונים 2s מסלולית² ב בריליום

בעקבות מצב הייצוג של סלייטר, התצורה האלקטרונית של Be (Z = 4) היא:

(1s²) (2)²2p⁰)

כמו במסלול יש שני אלקטרונים, אחד מהם תורם להגנה של השני, ואת 1s מסלולית הוא n-1 של מסלול 2S. ואז, לפתח את הסכום האלגברי יש את הדברים הבאים:

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

0.35 הגיע האלקטרון 2s, ו 0.85 משני האלקטרונים מן 1s. עכשיו, יישום הנוסחה של Zef:

Zef = 4 - 2.05 = 1.95

מה זה אומר? זה אומר כי האלקטרונים של מסלול 2S² הם חווים תשלום של +1.95 שמושך אותם לגרעין, במקום תשלום בפועל של +4.

קביעת Zef עבור electrons ב 3p מסלולית³ של זרחן

שוב, המשך בדוגמה הקודמת:

(1s²) (2)²2p⁶) (3)²3p³)

עכשיו את הסכום האלגברי הוא פיתח כדי לקבוע σ:

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

אז, Zef הוא ההבדל בין σ ו- Z:

Zef = 15-10.2 = 4.8

לסיכום, האלקטרונים האחרונים 3p³ הם חווים תשלום שלוש פעמים פחות חזק מאשר האמיתי. ראוי גם לציין, על פי כלל זה, אלקטרונים 3S² לחוות את אותו Zef, תוצאה שיכולה לעורר ספקות לגבי.

עם זאת, ישנם שינויים כלל סלייטר המסייעים לשער את הערכים המחושבים של אלה אמיתיים.

הפניות

1. כימיה Libretexts. (22 באוקטובר 2016). אחריות גרעינית אפקטיבית. נלקח מ: chem.libretexts.org
2. צמרמורת & אטקינס. (2008). כימיה אנאורגנית באלמנטים של קבוצה 1. (מהדורה רביעית, עמודים 19, 25, 26 ו -30). מק גרב היל.
3. שלטון סלייטר. נלקח מ: intro.chem.okstate.edu
4. לומן אפקט מיגון ואנרגיה גרעינית אפקטיבית. נלקח מ: קורסים. Lumenlearning.com
5. Hoke, כריס. (23 באפריל 2018). כיצד לחשב חיוב גרעיני יעיל. Scinencing. נלקח מ: sciencing.com
6. ד"ר ארלין קורטני. (2008). מגמות תקופתיות. אוניברסיטת אורגון המערבית. נלקח מ: wou.edu