Av Rosann Kozlowski
6 juni 2023 23:44 EST

AndreaObzerova/iStock/GettyImages

Effektiv kärnladdning är den positiva nettoladdningen som upplevs av valenselektronerna i en multielektronatom efter att ha tagit hänsyn till den avskärmande effekten av inre elektroner. Över en period ökar avgiften, medan den nedåt i en grupp i allmänhet minskar.

Effektiv kärnladdningsformel

För en enskild elektron uttrycks förhållandet som:

\(Z_{eff} =Z – S\)

• Z – atomnumret (totalt antal protoner i kärnan)
• S – skärmningskonstanten, som representerar den genomsnittliga elektrontätheten som minskar den nukleära attraktionen
• Z_eff – den effektiva kärnladdningen som känns av elektronen

Beräkna effektiv kärnladdning

Fastställer Z och S kräver en tydlig förståelse av elektronkonfigurationen och tillämpningen av Slaters regler för att kvantifiera skärmning. Nedan följer en praktisk, steg-för-steg-procedur.

Steg 1:Identifiera atomnumret (Z)

Lokalisera grundämnet i ett periodiskt system för att få dess atomnummer. Till exempel har natrium (Na) ett atomnummer av 11.

Steg 2:Skriv elektronkonfigurationen

Uttryck konfigurationen med hjälp av standardgrupperingssekvensen:\\((1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f) …\\

För natrium:

\(\text{Na:} (1s^2)(2s^2,2p^6)(3s^1)\)

Här anger den övre skriften antalet elektroner i varje underskal. Valenselektronen av intresse är den enda 3s-elektronen.

Steg 3:Tilldela skärmningsvärden med hjälp av Slaters regler

• Elektroner till höger om elektronen av intresse bidrar med 0 till avskärmning.
• Elektroner i samma grupp (samma huvudsakliga kvantnummer och subskaltyp) bidrar med 0,35 vardera.
• För s- eller p-elektroner av intresse:
• Elektroner ett skal nedanför bidrar med 0,85 vardera.
• Elektroner två eller fler skal nedan bidrar med 1,00 vardera.
• För intressanta d- eller f-elektroner bidrar alla andra elektroner med 1,00 vardera.

Att tillämpa detta på natriums 3s-elektron:

• Höger sida:0
• Samma grupp (ingen):0
• Shell 2 (8 elektroner):8 × 0,85 =6,80
• Shell 1 (2 elektroner):2 × 1,00 =2,00
• Shell 3 (inget):0

Summan av skärmningskonstanter:8,80 .

Steg 4:Beräkna Z_eff

Infoga värdena i formeln:

\(Z_{eff} =11 – 8,80 =2,20\)

Således är den effektiva kärnladdningen som verkar på natriums valenselektron 2,20. Detta värde kan användas för att förutsäga joniseringsenergier, atomradier och andra elektroniska egenskaper.

Tillämpa metoden på andra element

Samma procedur fungerar för katjoner, anjoner och alla element där elektronkonfigurationen är känd. Att noggrant registrera antalet protoner och elektroner säkerställer en tillförlitlig uppskattning av den effektiva kärnladdningen.