Elektronsko zasjenjenje
Elektroni u višeelektronskom atomu međusobno se odbijaju, pa valenčni elektron ne osjeća puno privlačenje naboja +Z jezgre. Zasjenjenje opisuje to smanjenje rezultantnog privlačenja. Nije kruti „zaslon“ između jezgre i elektrona, nego posljedica prostornih raspodjela vjerojatnosti svih elektrona.
Što znači zasjenjenje
Unutarnji elektroni imaju većinu gustoće bliže jezgri od valenčnih elektrona. Njihov negativni naboj djelomično smanjuje električno djelovanje jezgre u udaljenijem području. Približno to zapisujemo Z_eff = Z − S, gdje S predstavlja efektivno zasjenjenje.
Zasjenjenje nije točno pravilo „jedan elektron poništi jedan proton“. Elektronski oblaci se preklapaju i svaki elektron ima rasprostranjenu prostornu vjerojatnost, pa učinkoviti S ovisi o tome koju orbitalu promatramo.
Penetracija: s, p, d i f nisu jednako zasjenjene
Orbitala s iste ljuske ima više gustoće blizu jezgre od p; p obično prodire više od d, a d više od f. Elektron koji jače prodire češće je unutar gustoće drugih elektrona i zato je manje učinkovito zasjenjen.
Zato se ne može tvrditi da svi elektroni s istim n imaju istu udaljenost i isto zasjenjenje. U višeelektronskim atomima oblik orbitale mijenja njezinu energiju i osjećeni Z_eff.
Istraži utjecaj zasjenjenja
Elektroni iste ljuske nepotpuno se zasjenjuju
Preko periode dodatni valenčni elektroni ulaze u istu glavnu ljusku. Međusobno zasjenjenje raste, ali sporije od nuklearnog naboja Z. Z_eff zato uglavnom raste udesno, a atomski polumjer se smanjuje.
Isti mehanizam pomaže objasniti rast prve energije ionizacije preko periode. Odstupanja pri promjeni podljuske ili sparivanju pokazuju da zasjenjenje nije jedini energetski faktor.
Nove ljuske pojačavaju zasjenjenje niz skupinu
Niz skupinu je valenčni elektron u višoj ljusci, a između njega i jezgre nalaze se dodatne zauzete ljuske. Udaljenost i zasjenjenje rastu, pa su valenčni elektroni unatoč većem Z obično slabije vezani.
To objašnjava opći rast atomskog polumjera i pad prve energije ionizacije u mnogim skupinama. Trend ipak nastaje zajedničkim djelovanjem Z, udaljenosti, zasjenjenja i podljuskaste strukture.
Slabo zasjenjenje d i f ostavlja periodni trag
Elektroni d, a posebno f, zasjenjuju vanjske elektrone manje učinkovito nego što bi sugeriralo jednostavno brojanje ljuski. U seriji lantanoida dodavani 4f elektroni ne kompenziraju potpuno rastući Z.
Posljedica je postupno jače efektivno privlačenje i lantanoidna kontrakcija. Slične pojedinosti utječu na veličine prijelaznih metala, energije ionizacije i kemiju težih elemenata.
Riješeni primjeri
1. Jače zasjenjenje
Rješenje
Pri istom Z veći S daje manji Z_eff, odnosno slabije efektivno privlačenje vanjskog elektrona.
2. Orbitala s i orbitala p
Rješenje
U istoj ljusci orbitala s jače prodire prema jezgri, pa je njezin elektron obično manje zasjenjen od elektrona p.
3. Lantanoidi
Rješenje
Elektroni 4f slabo zasjenjuju, pa rastući Z povećava efektivno privlačenje i uzrokuje lantanoidnu kontrakciju.