Chemija · Pamoka

Efektyvusis branduolio krūvis ir ekranavimas

Susieti branduolio trauką su elektronų tarpusavio sąveika ir orbitalių pasiskirstymu. Efektyvųjį branduolio krūvį naudoti kaip artinį, o ne kaip tiesioginį „panaikintų“ protonų skaičių.

Grįžti į chemijos planą

Baigę pamoką, galėsite

Atskirti branduolio krūvį Z nuo efektyviojo krūvio artinio.
Paaiškinti ekranavimą ir skvarbą nesiremiant griežtomis elektronų sluoksnių ribomis.
Nustatyti, kodėl supaprastintas Z − σ skaičiavimas negali pakeisti atomo skaičiavimo.

Elektronas sąveikauja su visu atomu

Branduolio, kurio atominis skaičius yra Z, teigiamas krūvis yra +Ze. Elektroną traukia branduolys, o elektronų tarpusavio sąveika taip pat veikia atomo energiją ir erdvinį elektronų pasiskirstymą. Daugiaelektroniame atome paprastai negalima laikyti, kad elektronas juda vien neekranuoto branduolio lauke.

Įprastas elektronų sluoksnių vaizdinys padeda susisteminti būsenas, tačiau sluoksniai nėra kietos sienos, užstojančios fiksuotą protonų krūvių skaičių. Orbitalių radialieji pasiskirstymai gali persidengti. Aiškinant išorinio elektrono elgseną, reikia atsižvelgti į tai, kaip pasiskirsčiusi tikimybė jį rasti, o ne vien į tai, kiek taškų nupiešta ant žiedo.

Efektyvusis branduolio krūvis apibendrina artinį

Efektyvusis branduolio krūvis, dažnai žymimas Z_eff, apibendrina bendrą traukos poveikį elektronui pasirinktame apytiksliame apraše. Dažnai naudojama scheminė išraiška Z_eff = Z − σ, kur σ yra ekranavimo parametras. Šis parametras nėra savaime lygus vidinių elektronų skaičiui. Jo vertė priklauso nuo artinio, orbitalės ir elektroninės aplinkos.

Aiškiai išgalvotam aritmetiniam modeliui pasirinkime Z = 11 ir tarkime, kad σ = 8.0. Tuomet Z_eff = 3.0. Šis pavyzdys parodo atimtį modelio ribose; tai nėra išmatuotas ar nepriklausomai apskaičiuotas natrio efektyvusis krūvis. Pasirinkus kitą ekranavimo parametrą, būtų gautas kitas rezultatas. Įvardyti parametrą nėra tas pats, kas jį nustatyti.

Supaprastinto modelio ekranavimo parametras keičia gaunamą rezultatą

Branduolio krūvio skaičius Z	Numanomas ekranavimo parametras σ	Modelis Z_eff = Z − σ	Kas nustatyta?
11	8.0	3.0	Nurodytos aritmetinės prielaidos rezultatas
11	9.0	2.0	Kitokia prielaida duoda kitokį rezultatą

Išgalvotas skaičiavimo pavyzdys su tuo pačiu Z = 11 ir dviem numanomomis σ vertėmis. Nė vienoje eilutėje nepateikiamas išmatuotas natrio efektyvusis branduolio krūvis ar nustatyta ekranavimo taisyklė.

Orbitalių pasiskirstymai gali siekti vidines sritis

Skvarba nusako, kiek orbitalės elektrono buvimo tikimybės pasiskirstymas apima sritis arti branduolio ir vidinių elektronų pasiskirstymo sritis. Tame pačiame pagrindiniame elektronų sluoksnyje s, p ir kitų posluoksnių pasiskirstymai skiriasi. Šie skirtumai padeda paaiškinti, kodėl daugiaelektroniuose atomuose posluoksnių energijas lemia ne vien n.

Orbitalės elektronui, kurio buvimo arti branduolio tikimybė didesnė, branduolio traukos ir ekranavimo poveikių santykis gali būti kitoks. Tai teiginys apie pasiskirstymus ir sąveikas, o ne apie mažą dalelę, kertančią fizinį sluoksnio barjerą. Kai reikia kiekybinio rezultato, naudokite radialinio tikimybės pasiskirstymo duomenis arba tinkamą atomo modelį.

Susiekite sąvoką su periodiniais dėsningumais

Daugelyje periodų, einant per pagrindinių grupių elementus, didėjantis protonų skaičius ir papildomi elektronai tame pačiame pagrindiniame sluoksnyje paprastai sustiprina efektyviąją trauką ir prisideda prie palyginamų atominių spindulių mažėjimo. Leidžiantis grupe žemyn, papildomi elektronų turintys pagrindiniai sluoksniai dažnai padidina būdingus spindulius. Šie dėsningumai naudingi, kai taikomos nuoseklios apibrėžtys.

Taip pat svarbūs elektronų tarpusavio stūmos, orbitalių užpildymo, skvarbos ir krūvio būsenos pokyčiai. Viena supaprastinta atimties taisyklė negali numatyti visų pereinamųjų metalų būsenų ar visų išmatuotų spindulių ir energijų. Kitoje pamokoje lyginami konkretūs dydžiai ir aiškiai nurodyti šaltinių duomenys, kartu pateikiant apytikslį paaiškinimą ir jo taikymo ribas.

Išnagrinėti pavyzdžiai

Atskirkite modelio įvestį nuo rezultato

Supaprastintame modelyje naudojama Z_eff = Z − σ, Z = 11, o tariama σ = 8.0. Apskaičiuokite Z_eff ir nurodykite, ką reiškia rezultatas.

Nustatykite, kad Z yra branduolio krūvio skaičius.
Atimkite parametrą, kurio vertė aiškiai priimta kaip prielaida: 11 − 8.0 = 3.0.
Kartu su rezultatu nurodykite modelį ir tariamą σ vertę.

Šiame supaprastintame modelyje Z_eff = 3.0. Tai nėra išmatuotas efektyvusis krūvis ar tiksli branduolio krūvio kompensavimo vidiniais elektronais taisyklė.

Pabandykite patys

Ar ekranavimas pakeičia tikrąjį protonų skaičių Z branduolyje?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Z ir toliau nusako branduolio tapatybę. Efektinis krūvis apibendrintai nusako apytikslę elektronų sąveiką.
Ar σ turi tiksliai sutapti su vidinių elektronų skaičiumi?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Tai priklauso nuo aproksimacijos ir orbitalių pasiskirstymo, o ne nuo savaiminio kompensavimo santykiu vienas su vienu.
Ar prasiskverbimas reiškia kietos elektronų sluoksnio sienelės kirtimą?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Jis apibūdina tikimybės pasiskirstymą, apimantį vidines erdvės sritis.
Ar vien supaprastinto modelio rezultatas Z_eff = 3.0 gali tiksliai nusakyti visas natrio savybes?
Rodyti atsakymą ir paaiškinimą
Ne.
Pasirinkta aproksimacija ir vienas parametras nepakeičia išsamaus modelio ir atitinkamų matavimų.

Ką verta įsidėmėti

Z yra protonų skaičius branduolyje; Z_eff yra apytikslis elektronų sąveikos aprašymas.
Ekranavimas nėra nei standi siena, nei tikslus krūvio kompensavimas pagal vidinių elektronų skaičių.
Prasiskverbimas susijęs su erdviniais tikimybės skirstiniais.
Periodines tendencijas taikykite nurodę dydį, jo apibrėžtį ir elektroninės sandaros kontekstą.

Šaltiniai

Mokomoji medžiaga ir žinynai, kuriais remiasi pamokos paaiškinimai ir pavyzdžiai.