Elektronien varjostus

Elektronien keskinäinen hylkiminen pienentää ytimen vetovaikutusta tarkasteltavaan elektroniin. Varjostus ei ole kiinteä kuori, vaan siihen vaikuttavat penetraatio, orbitaalin muoto ja kuorirakenne.

Perusajatus ja määritelmä

Varjostus syntyy siitä, että elektroni kokee yhtä aikaa positiivisen ytimen vetovoiman ja muiden elektronien hylkimisen. Sisäkuorten elektronit suojaavat yleensä voimakkaasti; saman kuoren elektronit vain osittain.

Elektroni–elektroni-hylkiminen synnyttää varjostuksen

Tämä seuraa mallista eikä ole irrallinen muistisääntö. Suureet kannattaa kirjoittaa näkyviin ja tarkistaa sekä yksiköt että fysikaalinen raja-arvo.

Penetraatio antaa järjestyksen s > p > d > f

Kohta ymmärretään parhaiten, kun symbolinen yhteys yhdistetään siihen elektroni- tai ydinrakenteeseen, joka todella muuttuu. Pelkkä trendi on helppo yleistää väärin.

Jakson poikki kasvava Z voittaa

Laskussa merkki ja vertailutila määritetään ennen lukujen sijoittamista. Näin sama symboli ei saa huomaamatta kahta eri fysikaalista merkitystä.

f-elektronit varjostavat erityisen heikosti

Yhteys toimii hyvänä johdonmukaisuustestinä: tuloksen on sovittava säilymislakeihin, sallittuihin kvanttitiloihin ja oikeaan suuruusluokkaan.

kjerne → elektrontiltrekning − skjermingMendeleev · Elektronien varjostus
Malli ja keskeinen yhteys

Mekanismi ja kvantitatiivinen malli

Penetraatio ja varjostus liittyvät samaan radiaaliseen rakenteeseen. Samalla n:llä s-orbitaali tunkeutuu tavallisesti p-, d- ja f-orbitaaleja lähemmäs ydintä ja kokee siksi vähemmän tehokasta varjostusta.

Sisäkuoren elektronit varjostavat voimakkaimmin

Yhteys toimii hyvänä johdonmukaisuustestinä: tuloksen on sovittava säilymislakeihin, sallittuihin kvanttitiloihin ja oikeaan suuruusluokkaan.

s-elektroni voi löytyä lähellä ydintä

Keskimääräinen malli voi kuvata trendin olematta yhden paikallisen suureen suora mittaus. Tämä ero on tärkeä erityisesti monielektronisissa atomeissa.

Ryhmää alaspäin tulee uusia kuoria

Hyvä selitys erottaa syyn ja korrelaation. Paikka jaksollisessa järjestelmässä näyttää kuvion, mutta orbitaalirakenne ja varjostus selittävät sen mekanismin.

Tämä vaikuttaa lantanidisupistumaan

Ideaalimallin lisäksi on tiedettävä, mikä kokeessa voi muuttaa havaintoa: viritystilat, ympäristö, ilmaisimen hyötysuhde tai monihiukkasvaikutukset.

s > p > d > fpenetrasjonMendeleev · Elektronien varjostus
Malli ja keskeinen yhteys

Mitä havainnot ja laskut kertovat

Jakson poikki kasvava ydinvaraus voittaa yleensä valenssivarjostuksen. Ryhmää alaspäin uusi pääkuori kasvattaa etäisyyttä ja sisäelektronien määrää, joten valenssielektroni voi olla löyhemmin sidottu.

Saman kuoren elektronit varjostavat osittain

Ideaalimallin lisäksi on tiedettävä, mikä kokeessa voi muuttaa havaintoa: viritystilat, ympäristö, ilmaisimen hyötysuhde tai monihiukkasvaikutukset.

Varjostusta ja Zeff:iä ei pidä sekoittaa

Vertaa aina läheiseen tapaukseen. Se paljastaa, johtuuko muutos Z:sta, n:stä, parittumisesta, penetraatiosta vai toisesta mekanismista.

d-elektronit varjostavat keskinkertaisesti

Tämä seuraa mallista eikä ole irrallinen muistisääntö. Suureet kannattaa kirjoittaa näkyviin ja tarkistaa sekä yksiköt että fysikaalinen raja-arvo.

Slaterin säännöt ovat empiirinen malli

Kohta ymmärretään parhaiten, kun symbolinen yhteys yhdistetään siihen elektroni- tai ydinrakenteeseen, joka todella muuttuu. Pelkkä trendi on helppo yleistää väärin.

Ratkaistuja esimerkkejä

Tehtävä 1

Järjestä 3s, 3p ja 3d penetraation mukaan.

Ratkaisu

3s>3p>3d.

Tehtävä 2

Jos Z kasvaa jakson poikki enemmän kuin varjostus, mitä Zeff:lle tapahtuu?

Ratkaisu

Zeff yleensä kasvaa ja valenssielektronien vetovoima voimistuu.

Tehtävä 3

Miksi heikko f-varjostus edistää lantanidisupistumaa?

Ratkaisu

Kasvava Z tuntuu ulkoelektroneissa suhteellisen voimakkaasti, koska f-elektronit varjostavat huonosti.

Varjostus syntyy siitä, että elektroni kokee yhtä aikaa positiivisen ytimen vetovoiman ja muiden elektronien hylkimisen. Sisäkuorten elektronit suojaavat yleensä voimakkaasti; saman kuoren elektronit vain osittain. Penetraatio ja varjostus liittyvät samaan radiaaliseen rakenteeseen. Samalla n:llä s-orbitaali tunkeutuu tavallisesti p-, d- ja f-orbitaaleja lähemmäs ydintä ja kokee siksi vähemmän tehokasta varjostusta. Jakson poikki kasvava ydinvaraus voittaa yleensä valenssivarjostuksen. Ryhmää alaspäin uusi pääkuori kasvattaa etäisyyttä ja sisäelektronien määrää, joten valenssielektroni voi olla löyhemmin sidottu. d- ja etenkin f-elektronit varjostavat ulompia elektroneja heikosti. Tämä näkyy siirtymämetallien yksityiskohdissa ja lantanidisupistumassa. Slaterin säännöt ovat hyödyllinen empiirinen arvio, eivät tarkka seinämalli.