Effektive Kernbelastung

Was ist eine effektive Kernbelastung?

Der effektive Kernbelastung (dargestellt als z_Eff Und in einigen Fällen wie z^*) Es ist die Netto -Kernbelastung, die ein Elektron in einem polyhelektronischen Atom erfährt (dh es hat mehr als ein Elektron).

Genauerer.

Es ist eine korrigierte Kernbelast. Diese reduzierte Last erklärt, warum die äußersten Elektronen in einem polyhelektronischen Atom schwächer mit dem Kern verbunden sind als mit inneren Elektronen.

Eine effektive Kernbelastung ist ein Konzept von großer Bedeutung in der Chemie, da wir die regelmäßige Tendenz vieler Eigenschaften wie Atomradius, Ionenradius, Elektronegativität, Ionisierungsenergien und mehr verstehen können.

Warum existiert die effektive Kernbelastung??

Die effektive Kernbelastung ergibt sich aus zwei Phänomenen:

• Der Abschirmeffekt von Elektronen auf polyhelektronische Atome.
• Elektrostatische Abstoßung zwischen Elektronen, weil jeder die gleiche elektrische Ladung hat.

Er Abschirmungseffekt Es besteht aus einer Art Schild, die durch die inneren Elektronen eines Atoms gebildet wird, das den Kern abdeckt. Dies lässt die äußersten Elektronen eine niedrigere Anziehungskraft seitens des Kerns "fühlen", als sie fühlen würden, wenn die anderen Elektronen nicht vorhanden wären.

Figurenschematisch zeigen interne Elektronen, die als Bildschirm wirken, der die externen Elektronen der Anziehungskraft des Kerns schützt

Zum Beispiel beträgt die Kernlast des Natriumatoms +11 (seine Atomzahl ist z = 11), aber das einzige Elektron von Valencia, das es besitzt, spürt tatsächlich die Anziehungskraft einer Last von nur +2,2.

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Mit anderen Worten, die Abschirmung der anderen 10 inneren Elektronen bewirkt, dass das Valencia -Elektron des Natriums eine Kraft der Kernattraktion von nur dem fünften dessen spürt, was sein sollte.

Zusätzlich zum Abschirmungseffekt die Abstoßung zwischen Elektronen (die die gleiche elektrische Ladung haben) auch dazu beiträgt, der Kapazität des Kerns entgegenzuwirken, um externe Elektronen anzuziehen. Das heißt, diese Abstoßung hilft auch dabei.

Wichtige Merkmale einer effektiven Kernbelastung

Es ist zu beachten. Darüber hinaus ist der Effekt für Elektronen, die in Atomorbitalen S und P enthalten sind, nicht der gleiche wie in Orbitalen D und F gefunden.

Aus diesem Grund fühlt sich jeder Elektronensatz jeder Schicht oder jedes Energieniveaus auf eine andere effektive Kernbelastung an. Dies hat wichtige Auswirkungen auf die chemischen Eigenschaften der verschiedenen Elemente.

Periodischer Trend einer effektiven nuklearen Belastung

Über einen Zeitraum

Elektronen, die sich im gleichen Energieniveau befinden.

Aus diesem Grund steigt der Abschirmeffekt nicht wesentlich an. Aus diesem Grund die effektive nukleare Belastung Erhöht sich von links nach rechts im Periodenzüchter.

In einer Gruppe

Andererseits werden bei der Übergabe von einer Periode zur anderen in derselben Gruppe (dh, wenn wir uns entlang einer Gruppe bewegen), ganze Schichten sehr schützender interner Elektronen hinzu. Dies führt dazu, dass die effektive Kernbelastung von oben nach unten oder was gleich ist, von unten nach oben erhöhen.

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Effektive Nuklearlastformel

Eine effektive Kernlast kann mithilfe einer sehr einfachen Semi -Zeit -Gleichung berechnet werden, die den tatsächlichen Wert der Kernlast (angegeben durch die Atomzahl, z) und ein Begriff, der als konstante Abschirmung bezeichnet wird, berücksichtigt werden. Letzteres umfasst die Auswirkungen des Vorhandenseins anderer Elektronen in einem.

Die Gleichung ist gegeben durch:

wobei Z die Atomzahl ist und σ (griechischer Buchstaben Sigma) die Abschirmkonstante darstellt, die von der elektronischen Konfiguration abhängt.

Slater Regeln

Die Abschirmungskonstante kann aus einem System geschätzt werden, das als Slater -Regeln bekannt ist. Diese Regeln ermöglichen die Berechnung der Schildkonstante eines Elektrons durch Hinzufügen der Beiträge der anderen Elektronen zu der Abschirmungskonstante. Diese Regeln können wie folgt zusammengefasst werden:

• Jedes Elektron, das sich auf dem gleichen Energieniveau befindet (Stufe n₀) Liefert eine Menge von 0,35 für die Abschirmungskonstante, es sei denn, beide sind auf Stufe 1. In diesem Fall liefert es 0,30.
• Jedes Elektron, das sich auf unmittelbar vorheriger Ebene befindet (auf Stufe n n₀-1) In einem Orbital s oder p bringt es 0,85; Andererseits, wenn es sich in einem Orbital d oder f befindet, trägt es 1 bei 1.
• Alle anderen Elektronen, die bei niedrigeren Energieniveaus (n) sind₀-2, n₀-3 usw.), tragen Sie 1 zur Abschirmungskonstante bei.

Beispiel für eine effektive Berechnung der Kernbelastung

Valencia -Elektron des Natriumatoms

Die elektronische Konfiguration des Natriumatoms beträgt 1s²2s²2 p⁶3s¹. Das heißt, wenn wir die effektive Kernlast, die das Valencia -Elektron empfindet, berechnen wollen (das Elektron 3s¹), wir müssen die Beiträge der anderen 10 Elektronen nach den Regeln von Slater hinzufügen.

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Wie berechnen wir die 3S -Elektronenschildkonstante¹ (N₀= 3) und dies ist allein in der Valencia -Schicht, es gibt keine anderen Elektronen auf demselben Energieniveau.

Die unmittelbar vorherige Ebene ist n₀-1 = 2, wobei es 8 Elektronen in Orbital S oder P gibt, die jeweils 0,85 beitragen, und es gibt keine Elektronen in Orbitalen d oder f.

Schließlich ist der einzige Level unter 2 n = 1, in dem es nur 2 Elektronen gibt. All dies ist in der folgenden Tabelle zusammengefasst:

Wie zu sehen ist, liefern die inneren Elektronen des Natriums eine Schildkonstante von 8,8¹ Ist:

Arsen -Valencia -Elektronen

Die Arsen -elektronische Konfiguration beträgt 1s²2s²2 p⁶3s²3p⁶3d¹⁰4s²4p³. Die Valencia -Schicht ist Schicht 4 (n)₀= 4) Das hat 5 Elektronen: (4s²4p³). In diesem Fall spürt jede dieser 5 Elektronen die Wirkung der anderen 4, die sich in derselben Schicht befinden, und die der anderen 28 internen Elektronen, wie in der Tabelle gezeigt:

Daher ist die effektive Kernbelastung, die die Arsen -Elektronen der Valencia fühlen,: