Mini-kurzus
Elektronárnyékolás
Elektronárnyékolásnak azt nevezzük, amikor a több-elektronos atomban a belső elektronok csökkentik a külső elektronokra jutó nettó magvonzást. Az árnyékolás nem tökéletes fal: az elektronfelhők átfednek, ezért a hatás az orbitál alakjától és behatolásától is függ.
Elektrosztatikus eredet
A negatív elektronok taszítják egymást. Egy külső elektron számára a pozitív mag vonzását részben ellensúlyozza a közte és a mag között található elektroneloszlás. Ez a soktest-kölcsönhatás az egyik oka annak, hogy a hidrogén egyszerű energiaszintképe nem alkalmazható közvetlenül minden atomra.
Belső és külső elektronok
A belső héjak elektronjai általában erősen árnyékolják a külső héjakat. Azonos héjon lévő elektronok egymást kevésbé hatékonyan árnyékolják, mert térbeli eloszlásuk hasonló tartományban van. Ezért egy perióduson belül a növekvő protonszám hatása jelentős marad.
Behatolási sorrend
Az s orbitálok elektronsűrűsége nagyobb valószínűséggel közelíti meg a magot, mint az azonos n-hez tartozó p, d vagy f orbitáloké. Emiatt az s elektron kevésbé árnyékolt. A gyakori minőségi sorrend: s jobban behatol, majd p, d, f.
Kapcsolat Zeff-fel
Közelítően Zeff=Z−S, ahol S az árnyékolás mértéke. Nagyobb S kisebb nettó magvonzást jelent. Ez az egyszerű formula trendmagyarázatra hasznos, de a valós elektron-elektron korrelációt nem írja le teljesen.
Miért nő az atomsugár lefelé?
Csoporton lefelé új főhéj kerül a vegyértékhéj alá. A nagyobb átlagos távolság és a belső elektronok árnyékolása együtt azt eredményezi, hogy a külső elektron kevésbé szorosan kötődik, még akkor is, ha a mag protonszáma nő.
d és f elektronok sajátossága
A d és különösen az f elektronok árnyékolása nem mindig olyan hatékony, mint egy egyszerű héjmodell sugallná. Ez hozzájárul például a lantanoida-kontrakcióhoz: az f elektronok gyenge árnyékolása miatt a növekvő magtöltés erősebben összehúzza az elektronfelhőt.
Gyakori hiba
Nem helyes azt mondani, hogy a belső elektronok „teljesen eltakarják” a magot. A kvantummechanikai elektronfelhők nem merev gömbhéjak, és egy külső elektron bizonyos valószínűséggel a belső tartományba is behatolhat.
Önkonzisztens kép
A pontosabb atommodellekben nem úgy járunk el, hogy előbb rögzítjük az egyik elektront, majd hozzáadunk egy egyszerű árnyékoló konstansot. Az összes elektron eloszlása együtt alakítja az effektív potenciált, és ezt önkonzisztensen kell meghatározni. Az árnyékolás ezért hasznos kémiai kép, de a sok-elektronos hullámfüggvény egyszerűsítése.
Próbáld ki
Miért érzi általában erősebben a mag vonzását egy 3s elektron, mint egy azonos főkvantumszámú 3d elektron?
Megoldás
A 3s orbitál jobban behatol a belső elektronfelhőn belülre, ezért kevésbé árnyékolt és nagyobb effektív magtöltést tapasztalhat.