Як розрахувати константу екранування і ефективний заряд ядра

Попередня ↔ Наступна

Як відомо, у багатьох атомах на кожен електрон діє сила тяжіння дещо менша, ніж справжній заряд ядра, що обумовлено впливом екранування, що чиниться іншими електронами атома. Застосовуючи правило Слейтера, ми можемо розрахувати константу екранування, що позначається буквою σ, для кожного електрона в атомі.

Ефективний заряд ядра може бути визначений як різниця між істинним зарядом ядра (Z) і ефектом екранування, який надають електрони, що обертаються між ядром і валентним електроном.

Ефективний заряд ядра розраховується за формулою Z * = Z - σ де, Z = атомний номер, σ = константа екранування.

Для того, щоб розрахувати ефективний заряд ядра (Z *) нам необхідно значення константи екранування (σ), яке можна отримати, використовуючи такі правила.

правити Кроки

Як розрахувати константу екранування і ефективний заряд ядра

Запишіть електронну конфігурацію елемента як показано нижче.

(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) (5d) ...
Розмістіть електрони згідно з правилом Клечковского.
- Будь-які електрони, розташовані праворуч від цікавить вас електрона, не впливають на константу екранування.
- Константа екранування для кожної групи розраховується як сума наступних складових:
  - Всі інші електрони, що знаходяться в одній групі з цікавлять нас електроном, екранують 0,35 одиниць заряду ядра. Виняток становить 1s-група, де один електрон вважається тільки за 0,30.
  - У випадку групи, що відноситься до [s, p] типу, беруть 0,85 одиниць на кожен електрон (n-1) оболонки і 1,00 одиницю на кожен електрон (n-2) і наступних оболонок.
  - У випадку групи, що відноситься до [d] або [f] типу, беруть 1,00 одиницю на кожен електрон, що знаходиться зліва від цієї орбіталі.

Наприклад: (a) Розрахуйте ефективний заряд ядра для 2p в атомі азоту.

Електронна конфігурація - (1s 2) (2s 2. 2p 3).
Константа екранування, σ = (0,35 × 4) + (0,85 × 2) = 3,10
Ефективний заряд ядра, Z * = Z - σ = 7 - 3,10 = 3,90

(B) Розрахуйте ефективний заряд ядра і константу екранування для 3p-електрона в атомі кремнію.

Електронна конфігурація - (1s 2) (2s 2. 2p 6) (3s 2. 3p 2).
σ = (0,35 × 3) + (0,85 × 8) + (1 × 2) = 9,85
Z * = Z - σ = 14 - 9,85 = 4,15

Електронна конфігурація- (1s 2) (2s 2. 2p 6) (3s 2. 3p 6) (3d 10) (4s 2).
Для 4s-електрона,
σ = (0,35 × 1) + (0,85 × 18) + (1 × 10) = 25,65
Z * = Z - σ = 30 - 25,65 = 4,35
Для 3d-електрона,
σ = (0,35 × 9) + (1 × 18) = 21,15
Z * = Z - σ = 30 - 21,15 = 8,85

(D) Розрахуйте ефективний заряд ядра для одного з 6s-електронів вольфраму (Атомний номер = 74)

Електронна конфігурація - (1s 2) (2s 2. 2p 6) (3s 2. 3p 6) (4s 2. 4p 6) (3d 10) (4f 14) (5s 2. 5p 6) (5d 4), (6s 2)
σ = (0,35 × 1) + (0,85 × 12) + (1 × 60) = 70,55
Z * = Z - σ = 74 - 70,55 = 3,45

правити Поради

Прочитайте більше про ефект екранування, константі екранування, ефективному заряді ядра, правилі Слейтера і інших хімічних величинах.
Якщо на орбіталі знаходиться тільки один електрон, то екранує ефект відсутній. У разі, якщо в атомі знаходиться непарна кількість електронів, число повинно бути зменшено на одиницю, перш ніж ви помножите його на відповідне число, щоб отримати фактичний ефект екранування.