Efektīva kodolmateriālu slodzes koncepcija, kā aprēķināt un piemēri

The efektīva kodolkrava (Zef) ir piesaistes spēks, ko kodols iedarbojas uz kādu no elektroniem pēc tam, kad to samazina skrīninga un iekļūšanas ietekme. Ja šādas sekas nebūtu, elektroni sajustu faktiskās kodolenerģijas maksas pievilcīgo spēku Z.

Zemākajā attēlā ir Bohr atomu modelis fiktīvam atomam. Tās kodolam ir kodolenerģijas lādiņš Z = + n, kas piesaista elektronus, kas orbītā apkārt (zilos apļus). Var redzēt, ka divi elektroni atrodas orbītā tuvāk kodolam, bet trešais elektrons atrodas lielākam attālumam no šī.

Trešais elektronu orbits izjūt pārējo divu elektronu elektrostatiskos atslābumus, tāpēc kodols to piesaista ar mazāku spēku; tas ir, kodola-elektronu mijiedarbība samazinās pirmo divu elektronu ekranēšanas rezultātā.

Tad pirmie divi elektroni jūtas pievilcīgam maksas nulles spēkam + n, bet trešais piedzīvo efektīvo kodolmaksājumu + (n-2).

Tomēr minētais Zef būtu derīgs tikai tad, ja attālumi (rādiuss) uz visu elektronu kodolu vienmēr būtu nemainīgi un noteikti, nosakot to negatīvos lādiņus (-1).

Indekss

• 1 Koncepcija
  • 1.1. Iejaukšanās un skrīninga efekti
• 2 Kā to aprēķināt?
  • 2.1 Slater noteikums
• 3 Piemēri
  • 3.1. Nosakiet zefu 2s2 orbitāla elektroniem berilijā
  • 3.2. Noteikt zefu elektroniem fosfora 3 orbitālā
• 4 Atsauces

Koncepcija

Protoni definē ķīmisko elementu kodolu un elektronus to identitāti iezīmju kopumā (periodiskās tabulas grupas)..

Protoni palielina kodolkravu Z ar ātrumu n + 1, ko kompensē, pievienojot jaunu elektronu, lai stabilizētu atomu..

Palielinoties protonu skaitam, kodols ir "pārklāts" ar dinamisku elektronu mākoni, kuros reģionus, caur kuriem tie cirkulē, nosaka viļņu funkciju radiālo un leņķisko daļu varbūtības sadalījums ( orbītas).

No šīs pieejas elektroni nenotiek noteiktā telpu ap kodolu, bet, it kā tie būtu strauji vērpta ventilatora asmeņi, tie izzūd zināmo orbitāļu s, p, d un f formās..

Šī iemesla dēļ elektronu negatīvo lādiņu -1 izplata tie reģioni, kas iekļūst orbitālos; jo lielāks ir iekļūstošais efekts, jo lielāks ir efektīvais kodolenerģijas lādiņš, ko elektrons piedzīvos orbītā.

Caurplūdes un skrīninga efekti

Saskaņā ar iepriekšējo paskaidrojumu, iekšējo slāņu elektroni nesniedz -1 lādiņu, lai stabilizētu elektronu atgrūšanu no ārējiem slāņiem.

Tomēr šis kodols (slāņi, kas iepriekš bija aizpildīti ar elektroniem) kalpo kā "siena", kas novērš kodola pievilcīgo spēku sasniegt ārējos elektronus..

Tas ir pazīstams kā ekrāna efekts vai skrīninga efekts. Arī ne visiem elektroniem, kas atrodas ārējos slāņos, šī ietekme ir tikpat liela; piemēram, ja viņi ieņem orbitāli, kurai ir augsts iespiešanās raksturs (tas ir, tas šķērso ļoti tuvu kodolam un citiem orbitāliem), tad tas jutīsies lielāks Zef.

Tā rezultātā, uz orbitālēm balstīta uz šiem Zef balstītajiem enerģijas stabilitātes secinājumiem

Tas nozīmē, ka 2p orbitālai ir augstāka enerģija (mazāk stabilizēta ar galveno lādiņu) nekā 2s orbītā.

Jo sliktāks ir orbitālās iekļūšanas efekts, jo zemāks ir ekrāna efekts uz pārējiem ārējiem elektroniem. D un f orbitāli parāda daudzus caurumus (mezglus), kur kodols piesaista citus elektronus.

Kā to aprēķināt?

Pieņemot, ka negatīvie maksājumi atrodas, jebkura elektrona Zef aprēķināšanas formula ir:

Zef = Z - σ

Minētajā formulā σ ir kodola elektronu noteiktais ekranēšanas konstants. Tas ir tāpēc, ka teorētiski attālākie elektroni neveicina iekšējo elektronu ekranēšanu. Citiem vārdiem sakot, 1s² Aizsargā elektronu 2s¹, bet 2s¹ neaizsargā Z līdz 1s elektronus².

Ja Z = 40, ignorējot minētos efektus, tad pēdējais elektrons piedzīvos Zef, kas ir vienāds ar 1 (40-39).

Slatera likums

Slatera likums ir labs elektronu atvasinājuma Zef vērtību tuvinājums. Lai to piemērotu, ir jāievēro tālāk norādītās darbības.

1. Atomu (vai jonu) elektroniskā konfigurācija jāraksta šādi:

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

2 - Elektroni, kas atrodas labajā pusē no aplūkojamā, nesekmē aizsargājošo efektu.

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

4- Ja elektronu aizņem a s vai p orbitāls, tad visas n-1 orbītas veicina 0,85, un visas orbītas n-2 a vienība.

5- Gadījumā, ja elektrons aizņem orbitālu d vai f, visi tās kreisajā pusē piedalās ar vienu vienību.

Piemēri

Nosakiet Zef 2s orbitālajiem elektroniem² berilijā

Pēc Slater attēlojuma režīma Be (Z = 4) elektroniskā konfigurācija ir:

(1s²) (2s²2p⁰)

Kā orbitālē ir divi elektroni, viens no tiem veicina otras puses ekranēšanu, un 1s orbītā ir n-1 no 2s orbitālā. Pēc tam algebriskās summas izstrādei ir sekojošs:

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

0.35 nāca no 2s elektrona un 0,85 no diviem elektroniem no 1s. Tagad, piemērojot Zef formulu:

Zef = 4 - 2,05 = 1,95

Ko tas nozīmē? Tas nozīmē, ka elektroni 2s orbitālā² viņiem ir jāmaksā +1,95, kas piesaista tos kodolam, nevis faktiskajam maksājumam +4.

Nosakiet Zef elektroniem 3p orbitālā³ fosfora

Atkal turpiniet, kā iepriekšējā piemērā:

(1s²) (2s²2p⁶) (3s²3p³)

Tagad algebriskā summa ir izstrādāta, lai noteiktu σ:

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

Tātad, Zef ir atšķirība starp σ un Z:

Zef = 15-10,2 = 4,8

Visbeidzot, jaunākie 3p elektroni³ Viņi piedzīvo maksu trīs reizes mazāk spēcīgu nekā reālā. Jāatzīmē arī, ka saskaņā ar šo noteikumu 3s elektroni² piedzīvojiet to pašu Zef rezultātu, kas varētu radīt šaubas.

Tomēr ir izmaiņas Slater noteikumā, kas palīdz tuvināt aprēķināto reālo vērtību.

Atsauces

1. Ķīmijas libretexts. (2016. gada 22. oktobris). Efektīva kodolmaksa. Ņemts no: chem.libretexts.org
2. Shiver & Atkins. (2008). Neorganiskā ķīmija 1. grupas elementos (ceturtais izdevums, 19., 25., 26. un 30. lpp.). Mc Graw kalns.
3. Slatera likums. Ņemts no: intro.chem.okstate.edu
4. Lūmena Ekranēšanas efekts un efektīva kodolenerģijas maksa. Ievesta no: courses.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (2018. gada 23. aprīlis). Kā aprēķināt efektīvu kodolmaksājumu. Science. No: sciencing.com
6. Arlene Courtney. (2008). Periodiskas tendences. Rietumu Oregonas universitāte. Paņemts no: wou.edu