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.
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.
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.