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.
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.
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.