Elektronien varjostus
Elektronien varjostus tarkoittaa sitä, että muut elektronit pienentävät tietyn elektronin keskimääräistä vetovoimaa ytimeen. Vaikutus syntyy elektronien keskinäisestä hylkimisestä ja orbitaalien avaruudellisesta jakaumasta ja on olennainen monielektronisten atomien energioille.
Ei fyysinen seinä
Sisäelektronit eivät muodosta läpäisemätöntä kuorta. Sähkökentät ja elektronitiheydet ovat jatkuvia ja päällekkäisiä. Ulkoelektroni liikkuu efektiivisessä potentiaalissa, jonka muoto riippuu koko elektronitiheydestä.
Sisäkuoret
Pienen n:n elektronit viettävät suuren osan ajasta lähellä ydintä ja varjostavat valenssielektroneja voimakkaasti. Uusi pääkuori ryhmässä alaspäin kasvattaa siksi sekä etäisyyttä että varjostusta.
Orbitaalien tunkeutuminen
s-orbitaali tunkeutuu yleensä lähemmäs ydintä kuin p-, d- tai f-orbitaali samalla n:llä. Se viettää enemmän aikaa sisäkuorien elektronitiheyden sisäpuolella ja kokee keskimäärin vähemmän varjostusta.
Saman kuoren elektronit
Samaan pääkuoreen lisätyt elektronit varjostavat toisiaan vähemmän tehokkaasti kuin sisäkuoret. Tästä syystä kasvava Z usein voittaa lisävarjostuksen jakson aikana ja tehollinen ydinvetovoima kasvaa.
d- ja f-elektronit
d- ja erityisesti f-elektronit ovat suhteellisen heikkoja varjostajia ulommille elektroneille. Tämä liittyy lantanoidikontraktioon ja useiden raskaiden alkuaineiden odotettua pienempiin säteisiin.
Jaksolliset trendit
Varjostus, tunkeutuminen ja ydinvaraus yhdessä selittävät atomisäteen, ionisaatioenergian ja monien muiden suureiden suunnat. Yhden sanan selitys ilman näiden kolmen erottamista jää helposti liian karkeaksi.
Molekyyleissä
Sidoksen muodostuessa elektronitiheys siirtyy atomien välillä. Atomien varjostusmalli säilyy intuitiivisena, mutta tarkempi kuva tarvitsee molekyyliorbitaaleja tai koko systeemin elektronitiheyden laskua.
Poikkeama on vihje
Kun yksinkertainen trendi ei toimi, syy voi olla uusi alakuori, elektronien parittuminen, relativistinen kontraktio tai konfiguraation muutos. Poikkeamat auttavat parantamaan mallia.
Lantanoidikontraktio konkreettisena seurauksena
Kun 4f-alakuori täyttyy, protoniluku kasvaa mutta f-elektronit varjostavat ulompia elektroneja suhteellisen huonosti. Ulompi elektronitiheys vetäytyy siksi vähitellen lähemmäs ydintä. Vaikutus näkyy lantanoidien säteissä ja auttaa selittämään, miksi monet 5d-alkuaineet ovat kooltaan yllättävän lähellä 4d-vastineitaan.
Miksi 4s- ja 4p-elektronit voivat kokea eri varjostuksen?
4s tunkeutuu keskimäärin lähemmäs ydintä ja sisäkuorien alueelle kuin 4p, joten niiden efektiiviset potentiaalit eroavat.
Harjoitus
Ratkaisu