Mini-kurzus

Effektív magtöltés

Az effektív magtöltés, Zₑff, azt a nettó vonzóhatást írja le, amelyet egy kiválasztott elektron a sok-elektronos atomban a mag felől érez. A Zₑff = Z − S modell szétválasztja a valódi Z magtöltést és az S árnyékolást, de Zₑff pályafüggő modell, nem az atom egyetlen közvetlenül mérhető „töltése”.

A magtöltéstől a nettó vonzásig

Z és Zₑff. Hidrogénnél nincs más elektron, ezért a különbség triviális. Sok-elektronos atomban minden elektron vonzódik a maghoz, miközben taszítja a többi elektron.

+Zcore e⁻valence e⁻Zₑff = Z − Sattraction + repulsionnet inward pull
Effektív magtöltés

Törzselektron. A törzselektron sok időt tölt a mag közelében és kevésbé árnyékolt, ezért nagy nettó vonzást érez.

Vegyértékelektron. A vegyértékelektron rendszerint távolabb van, és a törzselektron-sűrűség nagy része belül helyezkedik el, így jóval kisebb effektív töltést érez.

Penetráció

Azonos n környezetében az s pályák erősebben hatolnak be a mag közelébe, mint a p, d és f pályák. A nagyobb penetráció kisebb árnyékolást és erősebb stabilizációt jelent.

Periodikus változás

Perióduson belül

Balról jobbra Z nő, miközben az új vegyértékelektronok nagyrészt ugyanabba a főhéjba kerülnek. Az azonos héjú elektronok csak részlegesen árnyékolnak, ezért Zₑff általában nő.

nucleusouter regionpenetration changes screening
Effektív magtöltés

Csoportban lefelé

Új belső héjak jelennek meg, amelyek erősen árnyékolják a külső elektront, és a vegyértékpálya sugara is nagyobb lesz.

Kapcsolat az atomsugárral

Azonos főhéjban a nagyobb Zₑff összehúzza a vegyérték-elektronsűrűséget, így az atomsugár általában csökken.

Kapcsolat az ionizációval

Az erősebb nettó vonzás többnyire növeli az első ionizációs energiát, de az alhéjenergia és az elektronpárosítás valódi eltéréseket okoz.

Módosítsa az értéket — az eredmény azonnal frissül.

Becslés Slater-szabályokkal

Mit jelent S?

S a többi elektron árnyékoló hozzájárulásának effektív összege; a különböző héjak és alhéjak nem azonos súllyal járulnak hozzá.

Na 3s példa

A nátrium 3s elektronjára a Slater-szabályok közelítőleg S≈8,8-at, így Zₑff≈11−8,8≈2,2-t adnak. Ez becslés, nem közvetlenül mért állandó.

Empirikus együtthatók

Az együtthatók a bonyolult sok-elektronos eloszlást egyszerű számlálási szabállyá tömörítik. Összehasonlításra jók, de nem helyettesítik a kvantumkémiai számítást.

Pályafüggés

Ugyanazon atomban a 3s, 3p és a belső elektronok eltérő penetráció és árnyékolás miatt eltérő Zₑff-et tapasztalnak.

A modell ellenőrzése

Spektrumok és energiák

Ionizációs energiák, spektrumvonalak és számított pályaenergiák tesztelik, hogy a modell helyesen írja-e le az elektronok kötöttségét.

Nem egyetlen ok

Zₑff több periódusos tendenciát összekapcsol, de a kémiát nem egyedül határozza meg. Alhéjenergia, párosítás, korreláció és geometria is számít.

Feladatok

Na 3s

Ha Z=11 és S=8,8, mennyi Zₑff?

Megoldás

Zₑff=11−8,8=2,2.

Egy periódusban

Melyik érez általában nagyobb Zₑff-et: Na 3s vagy Cl 3p?

Megoldás

A Cl 3p. A magtöltés erősen nő a 3. periódusban, az azonos héjú árnyékolás pedig nem kompenzálja teljesen.

4s és 4p

Miért lehet a 4s stabilabb a 4p-nél?

Megoldás

A 4s erősebben penetrál a mag közelébe, így kevesebb árnyékolást és nagyobb nettó vonzást tapasztal.