Efek perisai elektron

Efek perisai elektron pada atom banyak-elektron mengurangi tarikan inti bersih yang dirasakan suatu elektron. Besarnya perisai bergantung pada letak kerapatan elektron, sehingga elektron inti, elektron sekulit, dan penetrasi orbital harus dibedakan.

Perisai berasal dari interaksi antarelektron: kerapatan elektron di bagian dalam mengurangi tarikan bersih pada elektron luar.

Bagaimana perisai bekerja

Tolakan antarelektron adalah sumber perisai

Setiap elektron tertarik ke inti positif dan ditolak elektron lain. Bagi elektron luar, sebagian besar kerapatan elektron inti berada di antara dirinya dan inti sehingga tarikan bersih berkurang.

Elektron inti dan sekulit tidak menyaring dengan cara yang sama

Setiap elektron lain tidak dapat dihitung sebagai satu unit perisai yang identik karena distribusi radialnya berbeda.

Perisai kulit inti

Elektron pada kulit utama lebih rendah sebagian besar berada di dalam wilayah valensi dan menyaring elektron luar dengan kuat.

Perisai dalam kulit yang sama

Elektron dalam kulit utama yang sama banyak tumpang tindih dan hanya saling menyaring sebagian; karena itu Z_eff tetap meningkat sepanjang periode.

Penetrasi membedakan s, p, d, f

Urutan penetrasi kualitatif adalah s > p > d > f. Orbital yang lebih penetratif mengalami perisai lebih kecil dan dapat lebih efektif menyaring elektron yang lebih luar.

Penetrasi menunjukkan mengapa model kulit konsentris sederhana tidak cukup.

Akibat periodik

Sepanjang periode, perisai tidak meniadakan proton tambahan

Proton bertambah sedangkan elektron baru masuk ke kulit utama yang sama. Perisai sekulit tidak sempurna, sehingga tarikan bersih meningkat dan ikut menyebabkan jari-jari mengecil serta energi ionisasi meningkat.

Ke bawah golongan, kulit terisi baru mengubah keseimbangan

Elektron valensi berada pada kulit yang lebih besar dan terdapat lebih banyak kulit dalam yang menyaring kuat. Maka atom dengan Z lebih besar dapat tetap mengikat elektron luar lebih lemah.

Perisai buruk d dan f meninggalkan jejak pada tabel periodik

Elektron d dan f relatif kurang efektif menyaring elektron luar dibandingkan distribusi yang lebih menembus.

Deret transisi

Sepanjang blok d, elektron d tambahan hanya mengimbangi sebagian kenaikan muatan inti sehingga jari-jari atom dan ion dapat menyusut perlahan.

Kontraksi lantanida

Perisai 4f yang buruk membuat Z_eff meningkat sepanjang lantanida dan menarik awan elektron luar ke dalam. Ini turut menjelaskan kemiripan ukuran Zr dan Hf.

Memperkirakan perisai

Aturan Slater memberi perkiraan terkendali

Aturan Slater menggunakan koefisien empiris berdasarkan kulit dan subkulit untuk memperkirakan S. Ia berguna untuk perbandingan dan hitungan tangan, tetapi bukan pengganti perhitungan kuantum swa-konsisten.

Perisai, jarak, dan energi orbital saling terkait tetapi berbeda

Jarak menggambarkan ukuran ruang orbital; perisai menggambarkan pengaruh elektron lain pada tarikan inti; energi orbital juga dipengaruhi bentuk subkulit, pemasangan elektron, dan relaksasi setelah ionisasi.

Latihan

Periode 3

Mengapa elektron valensi Cl merasakan tarikan bersih lebih kuat daripada Na walaupun keduanya memiliki inti mirip Ne?

Penyelesaian

Cl memiliki enam proton lebih banyak, sedangkan elektron tambahan pada kulit 3 hanya memberikan perisai parsial.

4s atau 4p

Orbital mana yang umumnya lebih menembus?

Penyelesaian

4s. Kerapatan 4s lebih sering mencapai wilayah dekat inti sehingga mengalami perisai lebih kecil.

Lantanida

Mengapa perisai 4f yang buruk menyebabkan jari-jari mengecil sepanjang deret?

Penyelesaian

Saat proton bertambah, elektron 4f baru tidak cukup menyaring elektron luar, sehingga tarikan bersih meningkat dan awan elektron menyusut.