Tehollinen ydinvaraus
Monielektroniatomin elektroni ei koe paljaan ytimen koko varausta Z. Muut elektronit suojaavat osan vetovoimasta, joten tehollinen ydinvaraus riippuu myös tarkasteltavasta orbitaalista.
Perusajatus ja määritelmä
Zeff=Z−S kokoaa ytimen vetovoiman ja muiden elektronien varjostuksen yhteen malliin. S ei kuitenkaan ole koko atomin vakio: eri orbitaalien radiaalinen jakauma antaa eri keskimääräisen tehokkaan varauksen.
Zeff = Z − S on hyödyllinen malli
Tämä seuraa mallista eikä ole irrallinen muistisääntö. Suureet kannattaa kirjoittaa näkyviin ja tarkistaa sekä yksiköt että fysikaalinen raja-arvo.
Zeff kasvaa yleensä jakson poikki
Kohta ymmärretään parhaiten, kun symbolinen yhteys yhdistetään siihen elektroni- tai ydinrakenteeseen, joka todella muuttuu. Pelkkä trendi on helppo yleistää väärin.
d- ja f-elektronit varjostavat heikosti
Laskussa merkki ja vertailutila määritetään ennen lukujen sijoittamista. Näin sama symboli ei saa huomaamatta kahta eri fysikaalista merkitystä.
Mekanismi ja kvantitatiivinen malli
Penetraatio selittää järjestyksen s>p>d>f. s-orbitaalilla on elektrontiheyttä lähellä ydintä, joten se viettää enemmän aikaa muiden elektronipilvien sisäpuolella ja kokee keskimäärin suuremman Zeff:n.
Varjostus S riippuu orbitaalista
Yhteys toimii hyvänä johdonmukaisuustestinä: tuloksen on sovittava säilymislakeihin, sallittuihin kvanttitiloihin ja oikeaan suuruusluokkaan.
Ryhmää alaspäin sekä Z että varjostus kasvavat
Keskimääräinen malli voi kuvata trendin olematta yhden paikallisen suureen suora mittaus. Tämä ero on tärkeä erityisesti monielektronisissa atomeissa.
Lantanidisupistuma seuraa heikosta f-varjostuksesta
Hyvä selitys erottaa syyn ja korrelaation. Paikka jaksollisessa järjestelmässä näyttää kuvion, mutta orbitaalirakenne ja varjostus selittävät sen mekanismin.
Mitä havainnot ja laskut kertovat
Jakson poikki Z kasvaa protoni protonilta, mutta uudet valenssielektronit varjostavat toisiaan epätäydellisesti. Siksi Zeff yleensä kasvaa ja atomikoko pienenee. Ryhmää alaspäin uudet kuoret lisäävät etäisyyttä ja varjostusta.
Penetraatio on likimäärin s > p > d > f
Ideaalimallin lisäksi on tiedettävä, mikä kokeessa voi muuttaa havaintoa: viritystilat, ympäristö, ilmaisimen hyötysuhde tai monihiukkasvaikutukset.
Slaterin säännöt antavat arvion
Vertaa aina läheiseen tapaukseen. Se paljastaa, johtuuko muutos Z:sta, n:stä, parittumisesta, penetraatiosta vai toisesta mekanismista.
Zeff ei ole koko atomin yksi mitattava vakio
Tämä seuraa mallista eikä ole irrallinen muistisääntö. Suureet kannattaa kirjoittaa näkyviin ja tarkistaa sekä yksiköt että fysikaalinen raja-arvo.
Rajoitukset ja yhteydet
Slaterin säännöillä saadaan suuruusluokka. Na:n 3s-elektronille tyypillinen arvio S≈8,80 antaa Zeff≈11−8,80=2,20. Tarkka monielektroninen aaltofunktio on rikkaampi kuin tämä yksilukuinen malli.
Saman kuoren elektronit suojaavat epätäydellisesti
Kohta ymmärretään parhaiten, kun symbolinen yhteys yhdistetään siihen elektroni- tai ydinrakenteeseen, joka todella muuttuu. Pelkkä trendi on helppo yleistää väärin.
Na 3s: S≈8,80 ja Zeff≈2,20
Laskussa merkki ja vertailutila määritetään ennen lukujen sijoittamista. Näin sama symboli ei saa huomaamatta kahta eri fysikaalista merkitystä.
Ratkaistuja esimerkkejä
Tehtävä 1
Na 3s: Z=11 ja S=8,80. Laske Zeff.
Ratkaisu
Zeff=11−8,80=2,20.
Tehtävä 2
Z=17 ja S=10,5. Laske Zeff.
Ratkaisu
Zeff=17−10,5=6,5.
Tehtävä 3
Miksi 3s yleensä penetroi enemmän kuin 3p?
Ratkaisu
3s-orbitaalilla on elektrontiheyttä lähempänä ydintä, joten keskimääräinen varjostus on pienempi.
Zeff=Z−S kokoaa ytimen vetovoiman ja muiden elektronien varjostuksen yhteen malliin. S ei kuitenkaan ole koko atomin vakio: eri orbitaalien radiaalinen jakauma antaa eri keskimääräisen tehokkaan varauksen. Penetraatio selittää järjestyksen s>p>d>f. s-orbitaalilla on elektrontiheyttä lähellä ydintä, joten se viettää enemmän aikaa muiden elektronipilvien sisäpuolella ja kokee keskimäärin suuremman Zeff:n. Jakson poikki Z kasvaa protoni protonilta, mutta uudet valenssielektronit varjostavat toisiaan epätäydellisesti. Siksi Zeff yleensä kasvaa ja atomikoko pienenee. Ryhmää alaspäin uudet kuoret lisäävät etäisyyttä ja varjostusta. Slaterin säännöillä saadaan suuruusluokka. Na:n 3s-elektronille tyypillinen arvio S≈8,80 antaa Zeff≈11−8,80=2,20. Tarkka monielektroninen aaltofunktio on rikkaampi kuin tämä yksilukuinen malli.