EFEKTĪVA KODOLIERĪCE: KONCEPCIJA, KĀ TO APRĒĶINĀT, UN PIEMĒRI - ĶĪMIJA - 2025

Efektīva kodolenerģijas maksas (Zef) ir pievilcīgs spēks, ka kodola spēja piesaistīt kādu no elektroniem pēc samazināts par ietekmi ekranējumu un izplatību. Ja šādu efektu nebūtu, elektroni sajustu faktiskā kodola lādiņa Z pievilcīgo spēku.

Zemākajā attēlā mums ir Bohra atomu modelis fiktīvam atomam. Tās kodolā ir kodola lādiņš Z = + n, kas piesaista elektronus, kas riņķo ap to (zilie apļi). Var redzēt, ka divi elektroni atrodas orbītā tuvāk kodolam, bet trešais elektrons atrodas tālāk no tā.

Trešais elektrons riņķo, izjūtot pārējo divu elektronu elektrostatiskās atgrūšanas, tāpēc kodols piesaista to ar mazāku spēku; tas ir, kodola un elektronu mijiedarbība samazinās pirmo divu elektronu skrīnēšanas rezultātā.

Tātad pirmie divi elektroni izjūt + n lādiņa pievilcīgo spēku, bet trešie tā vietā piedzīvo efektīvu + (n-2) kodola lādiņu.

Tomēr šis Zefs būtu spēkā tikai tad, ja visu elektronu attālumi (rādiuss) līdz kodolam vienmēr būtu nemainīgi un noteikti, atrodot to negatīvos lādiņus (-1).

Koncepcija

Protoni nosaka ķīmisko elementu kodolus, un elektroni definē to identitāti raksturlielumu virknē (periodiskās tabulas grupas).

Protoni palielina kodola lādiņu Z ar ātrumu n + 1, ko kompensē jauna elektrona pievienošana atoma stabilizēšanai.

Palielinoties protonu skaitam, kodolu “pārklāj” dinamisks elektronu mākonis, kurā reģionus, caur kuriem tie cirkulē, nosaka viļņu funkciju radiālo un leņķisko daļu varbūtības sadalījums ( orbitāles).

Izmantojot šo pieeju, elektroni nevirzās orbītā noteiktā telpas apgabalā ap kodolu, bet drīzāk, tāpat kā ātri rotējoša ventilatora lāpstiņas, izplūst zināmo s, p, d un f orbitāļu formās.

Šī iemesla dēļ elektronu negatīvo lādiņu -1 izplata tie reģioni, kuros orbitāles iekļūst; jo lielāks iespiešanās efekts, jo lielāks būs efektīvais kodola lādiņš, ko minētais elektrons piedzīvos orbitālē.

Iespiešanās un ekranēšanas efekti

Saskaņā ar iepriekš minēto skaidrojumu, iekšējos apvalkos esošie elektroni neveicina -1 lādiņu ārējo apvalku elektronu stabilizējošā atgrūšanā.

Tomēr šis kodols (čaumalas, ko iepriekš piepildīja elektroni) kalpo kā "siena", kas neļauj kodolu pievilcīgajam spēkam sasniegt ārējos elektronus.

Tas ir pazīstams kā ekrāna efekts vai ekranēšanas efekts. Arī ne visi elektroni ārējos apvalkos izjūt tādu pašu efektu; piemēram, ja jūs okupējat orbitāli, kurai ir augsts iespiešanās raksturs (tas ir, kas šķērso ļoti tuvu kodolam un citiem orbitāļiem), tad jūs jutīsities augstāks Zefs.

Rezultātā rodas energo stabilitātes secība kā šo Zef funkciju orbitālēs: s

Tas nozīmē, ka 2p orbitālei ir augstāka enerģija (mazāk stabilizēta ar kodola lādiņu) nekā 2s orbitālei.

Jo vājāks orbitālas iespiešanās efekts, jo mazāka ir tā ekrāna ietekme uz pārējiem ārējiem elektroniem. D un f orbitālēs ir daudz caurumu (mezglu), kur kodols piesaista citus elektronus.

Kā to aprēķināt?

Pieņemot, ka negatīvās lādiņas ir lokalizētas, jebkura elektrona Zef aprēķināšanas formula ir:

Zefs = Z - σ

Šajā formulā σ ir vairoga konstante, ko nosaka kodola elektroni. Tas ir tāpēc, ka teorētiski attālākie elektroni neveicina iekšējo elektronu ekranēšanu. Citiem vārdiem sakot, 1s ² aizsargā 2s ¹ elektronu , bet 2s ¹ nav Z vairogs 1s ² elektronus .

Ja Z = 40, atstājot novārtā minētos efektus, tad pēdējam elektronam Zefs būs vienāds ar 1 (40-39).

Slatera noteikums

Šlātera noteikums ir labs elektronu Zefa vērtību tuvinājums atomā. Lai to lietotu, rīkojieties šādi:

1- Atoma (vai jona) elektroniskā konfigurācija jāraksta šādi:

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

2 - Elektroni, kas atrodas pa labi no aplūkojamā, neveicina ekranēšanas efektu.

3- Elektroni, kas atrodas vienā grupā (apzīmēti ar iekavām) nodrošina 0,35 elektrona lādiņu, ja vien tā nav 1s grupa, tā vietā ir 0,30.

4- Ja elektrons aizņem pareizu orbitāli, tad visi n-1 orbitāli dod ieguldījumu 0,85, un visi n-2 orbitāles ir viena vienība.

5- Gadījumā, ja elektrons aizņem dof orbitāli, visi tie, kas atrodas kreisajā pusē, veido vienu vienību.

Piemēri

Nosakiet Zefu elektroniem 2s orbitālē

Pēc Slatera attēlojuma veida Be (Z = 4) elektroniskā konfigurācija ir:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁰ )

Tā kā orbitālē ir divi elektroni, viens no tiem veicina otra ekranēšanu, un 1s orbitāle ir n-1 no 2s orbītas. Tad, izstrādājot algebrisko summu, mums ir šāds:

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

0,35 nāca no 2s elektrona, bet 0,85 no diviem 1s elektroniem. Tagad, izmantojot Zefa formulu:

Zefs = 4 - 2,05 = 1,95

Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka elektroniem 2s ² orbitālajā lādiņā ir +1,95, kas tos piesaista kodola vietā, nevis faktiskā lādiņa +4.

Nosakiet Zefu elektroniem 3p orbitālē

Atkal tas notiek tāpat kā iepriekšējā piemērā:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁶ ) (3s ² 3p ³ )

Tagad algebriskā summa ir izstrādāta, lai noteiktu σ:

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

Tātad, Zefs ir atšķirība starp σ un Z:

Zefs = 15-10,2 = 4,8

Noslēgumā jāsaka, ka pēdējie 3p ³ elektroni izlādējas trīs reizes mazāk spēcīgi nekā reālie. Jāatzīmē arī, ka saskaņā ar šo noteikumu 3s ² elektroni izjūt to pašu Zefu, rezultāts, kas šajā sakarā varētu radīt šaubas.

Tomēr Slatera noteikumā ir modifikācijas, kas palīdz aprēķinātās vērtības tuvināt faktiskajām.

Atsauces

1. Ķīmija Libretexts. (2016, 22. oktobris). Efektīva kodolierīce. Paņemts no: chem.libretexts.org
2. Šiveris un Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija. 1. grupas elementos (ceturtais izdevums., 19., 25., 26. un 30. lpp.). Mc Graw Hill.
3. Slatera noteikums. Iegūts no: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Ekranēšanas efekts un efektīva kodolierīce. Iegūts no: kursi.lumenlearning.com
5. Hoke, Kriss. (2018. gada 23. aprīlis). Kā aprēķināt efektīvo kodolenerģijas daudzumu. Zinātne. Paņemts no: sciencing.com
6. Dr Arlene Courtney. (2008). Periodiskās tendences. Rietumu Oregonas universitāte. Nākts no: wou.edu