Elektronové stínění
Elektrony ve víceelektronovém atomu se navzájem odpuzují, takže valenční elektron necítí plnou přitažlivost náboje +Z jádra. Stínění popisuje toto snížení výsledné přitažlivosti. Není to pevná „clona“ mezi jádrem a elektronem, ale důsledek prostorových pravděpodobnostních distribucí všech elektronů.
Co znamená stínění
Vnitřní elektrony mají většinu své hustoty blíže k jádru než valenční elektrony. Jejich záporný náboj částečně snižuje elektrické působení jádra ve vzdálenější oblasti. Přibližně to zapisujeme Z_eff = Z − S, kde S vyjadřuje efektivní stínění.
Stínění není přesné pravidlo „jeden elektron zruší jeden proton“. Elektronové oblaky se překrývají a každý elektron má rozloženou prostorovou pravděpodobnost, takže účinné S závisí na tom, který orbital sledujeme.
Penetrace: s, p, d a f nejsou stíněny stejně
Orbital s stejné slupky má větší podíl hustoty blízko jádra než p; p obvykle proniká více než d a d více než f. Více pronikající elektron se častěji nachází uvnitř hustoty jiných elektronů, a je proto méně stíněn.
Nelze tedy tvrdit, že všechny elektrony se stejným n mají stejnou vzdálenost a stejné stínění. Ve víceelektronových atomech tvar orbitalu mění jeho energii i pociťovaný Z_eff.
Prozkoumejte vliv stínění
Elektrony stejné slupky se stíní neúplně
Napříč periodou vstupují další valenční elektrony do stejné hlavní slupky. Vzájemné stínění roste, ale pomaleji než jaderný náboj Z. Z_eff proto obvykle roste doprava a atomový poloměr se zmenšuje.
Stejný mechanismus pomáhá vysvětlit růst první ionizační energie v periodě. Odchylky při změně podslupky nebo párování ukazují, že stínění není jediným energetickým faktorem.
Nové slupky zesilují stínění dolů skupinou
Směrem dolů skupinou leží valenční elektron ve vyšší slupce a mezi ním a jádrem jsou další obsazené slupky. Vzdálenost i stínění rostou, takže valenční elektrony bývají navzdory vyššímu Z méně pevně vázány.
To vysvětluje obecný růst atomového poloměru a pokles první ionizační energie v mnoha skupinách. Trend však vzniká společným působením Z, vzdálenosti, stínění a podslupkové struktury.
Slabé stínění d a f zanechává periodickou stopu
Elektrony d a zvláště f stíní vnější elektrony méně účinně, než by naznačovalo prosté počítání slupek. V řadě lanthanoidů přidávané 4f elektrony plně nekompenzují rostoucí Z.
Důsledkem je postupné zesilování efektivní přitažlivosti a lanthanoidová kontrakce. Podobné jemnosti ovlivňují velikosti přechodných kovů, ionizační energie i chemii těžších prvků.
Řešené příklady
1. Silnější stínění
Řešení
Při stejném Z dává větší S menší Z_eff, tedy slabší efektivní přitažlivost vnějšího elektronu.
2. Orbital s a orbital p
Řešení
Ve stejné slupce orbital s více proniká k jádru, takže jeho elektron bývá méně stíněn než elektron p.
3. Lanthanoidy
Řešení
Elektrony 4f stíní slabě, takže rostoucí Z zvyšuje efektivní přitažlivost a vede k lanthanoidové kontrakci.