العربيةAR⌄
الحجب الإلكتروني
الحجب الإلكتروني هو تقليل جذب النواة لإلكترون معيّن بسبب توزيع الإلكترونات الأخرى. لا توجد «ستارة» صلبة بين النواة والإلكترون الخارجي؛ الحجب نتيجة متوسط المجال الكهروستاتيكي لكثافة إلكترونية متغيرة، ويتداخل بقوة مع اختراق المدارات.
الأصل الفيزيائي للحجب
في ذرة كثيرة الإلكترونات يؤثر كل إلكترون في الآخرين عبر التنافر الكهروستاتيكي، وفي الوقت نفسه تجذبهم النواة. المحصلة التي يختبرها إلكترون خارجي أضعف من +Ze العارية.
الإلكترونات الداخلية تحجب بقوة
كثافة الإلكترونات الداخلية تقع غالبًا بين النواة والمنطقة التي يشغلها إلكترون التكافؤ، لذلك تقلل مقدار الجذب النووي المتوسط الذي يشعر به ذلك الإلكترون.
إلكترونات الغلاف نفسه تحجب جزئيًا
إلكترونات التكافؤ ليست خارج بعضها دائمًا؛ مداراتها متداخلة. لهذا يكون حجب الإلكترونات في الغلاف نفسه جزئيًا وأضعف من حجب أغلفة داخلية مكتملة.
لا توجد حدود كروية صلبة
المدارات توزيعات احتمالية تتداخل مكانيًا. لذلك لا يمكن عدّ الإلكترونات «داخل» و«خارج» نقطة ثابتة ثم الحصول على حجب دقيق بطريقة هندسية بسيطة.
الحجب والاختراق وجهان للمسألة
كلما اخترق المدار منطقة قريبة من النواة قل الحجب الذي تراه تلك الكثافة. مدارات s عادة أكثر اختراقًا من p ثم d وf عند n متقارب.
كيف يظهر الحجب في الاتجاهات
تغير الحجب مع عدد الأغلفة ونوع تحت الغلاف يترك بصمات واضحة في نصف القطر وطاقة التأين والخواص الدورية.
نزولًا في المجموعة
إضافة غلاف رئيسي جديد تزيد المسافة وتضع مزيدًا من الكثافة الداخلية بين النواة وإلكترونات التكافؤ، لذلك يزداد نصف القطر وتميل طاقة التأين الأولى إلى الانخفاض.
عبر الدورة
الإلكترونات المضافة تدخل غالبًا الغلاف نفسه، لذا لا يزداد الحجب بقدر زيادة Z. المحصلة هي ارتفاع الجذب الفعال وتقلص نصف القطر في الاتجاه العام.
حجب d الضعيف نسبيًا
إلكترونات d تحجب الإلكترونات الخارجية أقل كفاءة من أغلفة s وp الداخلية المكتملة. لذلك تنكمش أنصاف الأقطار تدريجيًا عبر السلسلة الانتقالية بدل أن تبقى ثابتة.
حجب f والانكماش اللانثانيدي
إلكترونات 4f شديدة الضعف نسبيًا في حجب الشحنة المتزايدة. نتيجة ذلك يتقلص الحجم عبر اللانثانيدات ويؤثر الأثر في عناصر تالية مثل Hf.
التقدير والتفسير الحذر
نماذج الحجب مفيدة إذا استُخدمت كأدوات سببية تقريبية، لا كجدار حرفي أو رقم شامل لكل إلكترونات الذرة.
ثابت الحجب S
في الصيغة Z_eff≈Z−S يجمع S أثر الإلكترونات الأخرى في قيمة واحدة. هذه القيمة تعتمد على المدار المراد دراسته وعلى طريقة التقدير.
قواعد سلاتر
تمنح قواعد سلاتر أوزانًا مختلفة للإلكترونات بحسب موقعها بالنسبة إلى الإلكترون المدروس. وهي مناسبة للتدريب والمقارنة لكنها ليست حلًا ذاتي الاتساق لمعادلة شرودنغر.
الحجب ليس المسافة
قد يزيد نصف القطر بسبب n أكبر حتى لو لم يتغير الحجب كثيرًا، وقد يتغير الحجب بسبب شكل المدار من دون تغير بسيط في «المسافة». فصل المفهومين يمنع التفسير الدائري.
الحجب ليس الطاقة وحدها
الحجب الأقوى يميل إلى رفع طاقة المدار وجعل الإلكترون أسهل نزعًا، لكن الاقتران والتبادل والاسترخاء وبنية تحت الأغلفة تضيف تأثيرات أخرى مهمة.
ينبغي كذلك التمييز بين الحجب الساكن واستجابة السحابة الإلكترونية. عند التأين أو تكوين رابطة تعيد الإلكترونات ترتيب كثافتها، فيتغير المجال الذي يراه كل إلكترون. هذا الاسترخاء يفسر لماذا لا يمكن تحويل ثابت حجب واحد مباشرة إلى كل طاقات الذرة، مع أن مفهوم الحجب يظل مفيدًا جدًا لفهم الاتجاهات.
تمارين محلولة
Li وNa
أيّهما يحوي حجبًا أكبر لإلكترون التكافؤ، Li أم Na؟
الحل
Na؛ إلكترون 3s الخارجي يرى غلافين داخليين مكتملين تقريبًا، بينما إلكترون 2s في Li يرى أساسًا 1s².
عبر الدورة
لماذا لا يمنع الحجب ازدياد الجذب من Na إلى Cl؟
الحل
لأن الإلكترونات الجديدة تدخل الغلاف الرئيسي نفسه ولا تحجب الزيادة في Z حجبًا كاملًا، فتزداد Z_eff عمومًا.
اللانثانيدات
ما دور 4f في الانكماش اللانثانيدي؟
الحل
إلكترونات 4f تحجب بصورة غير فعالة نسبيًا، لذلك تصل زيادة الشحنة النووية إلى الإلكترونات الخارجية ويحدث تقلص تدريجي.