Efektivní náboj jádra

Z_eff = Z − S je užitečný model

V jednoduchém zápisu Z_eff = Z − S, kde Z je skutečný náboj jádra a S efektivní stínicí konstanta. S není pouhý počet elektronů „mezi“ jádrem a sledovaným elektronem; představuje průměrný účinek elektronového rozdělení a vzájemných interakcí.

Z_eff není jedno přesné číslo pro celý atom. Různé orbitaly téhož atomu mohou cítit odlišnou efektivní přitažlivost, protože jejich pravděpodobnostní hustoty pronikají různě hluboko k jádru.

Penetrace mění pociťovanou přitažlivost

Při stejném hlavním kvantovém čísle pronikají orbitaly s blíž k jádru více než p, ty obvykle více než d a f. Elektron, který se častěji nachází uvnitř hustoty ostatních elektronů, je méně účinně stíněn a cítí vyšší Z_eff.

Tento rozdíl pomáhá vysvětlit, proč energie podslupek ve víceelektronovém atomu nezávisejí pouze na n. Penetrace 2s a 2p se liší, takže degenerace jednoduchého vodíkového modelu mizí.

Napříč periodou Z_eff obvykle roste

Při pohybu doprava periodou roste Z o jeden proton na každý další prvek a valenční elektrony vstupují převážně do stejné hlavní slupky. Elektrony stejné slupky se navzájem stíní neúplně, takže růst S nevyrovná celý růst Z.

Silnější efektivní přitažlivost obvykle kontrahuje valenční orbitaly, zmenšuje atomový poloměr a zvyšuje první ionizační energii. To je fyzikální mechanismus trendu, nikoli jen pravidlo k zapamatování.

Dolů skupinou přibývá nová slupka

Směrem dolů skupinou roste Z, ale přibývají také vnitřní slupky. Valenční elektrony jsou dál od jádra a více stíněny vnitřními elektrony. Vzdálenost a stínění proto často převáží nad samotným růstem Z.

U přechodných prvků a lanthanoidů je obraz jemnější, protože d a f elektrony stíní méně účinně. Slabé stínění 4f přispívá k lanthanoidové kontrakci.

Slaterova pravidla jsou aproximace

Slaterova pravidla přiřazují elektronům jednoduché koeficienty a dávají odhad S a Z_eff. Hodí se pro kvalitativní porovnání a výukové výpočty, ale nenahrazují výpočet vlnové funkce ani experimentální energie.

Důležitá je fyzikální interpretace: Z_eff vyjadřuje soutěž jaderné přitažlivosti se stíněním a penetrací. Není to skrytý celoatomový náboj, který by měl jednu přesnou univerzální hodnotu.

Řešené příklady

1. Z = 11, S = 8,8

2. Proč se liší 2s a 2p?

3. Trend Li → Ne