전자 차폐

차폐는 어떻게 작동하는가

전자 사이 반발이 차폐의 근원

모든 전자는 양의 핵에 끌리고 다른 전자와 반발합니다. 바깥 전자에게는 속전자 밀도의 상당 부분이 핵과 자신 사이에 있어 순인력이 작아집니다. 이것이 Z_eff=Z−S의 S에 담긴 물리입니다.

속전자와 같은 껍질 전자는 똑같이 차폐하지 않는다

분포 위치가 다르므로 모든 다른 전자를 동일한 한 단위 차폐로 셀 수 없습니다.

속껍질 차폐

낮은 주껍질 전자는 대부분 원자가 영역 안쪽에 있어 바깥 전자를 강하게 차폐합니다.

같은 껍질 차폐

같은 주껍질 전자들은 서로 많이 겹쳐 부분적으로만 차폐합니다. 그래서 주기에서 유효 핵전하가 증가합니다.

침투가 s, p, d, f를 구별한다

정성적 침투 순서는 s > p > d > f입니다. 핵 가까이 침투할수록 그 전자는 덜 차폐되고, 더 바깥 전자를 차폐하는 데 더 효과적입니다.

주기적 결과

주기에서 차폐는 추가 양성자를 상쇄하지 못한다

오른쪽으로 갈수록 양성자가 늘고 새 전자는 같은 주껍질에 들어갑니다. 같은 껍질 차폐는 불완전해 순인력이 커지고 원자 크기 감소와 첫 이온화 에너지 증가에 기여합니다.

족 아래로 새 점유 껍질이 균형을 바꾼다

원자가전자는 더 큰 주껍질에 있고 아래쪽 껍질들이 강하게 차폐합니다. 핵전하가 더 커도 바깥 전자가 상대적으로 약하게 묶일 수 있습니다.

d와 f의 약한 차폐가 주기율표에 흔적을 남긴다

d와 f 전자는 바깥 전자에 대한 차폐 효율이 비교적 낮습니다.

전이 계열

d블록을 가로지르며 추가 d 전자들이 늘어난 핵전하를 부분적으로만 차폐해 원자·이온 반지름이 완만히 수축할 수 있습니다.

란타넘족 수축

4f 차폐가 약해 란타넘족을 따라 유효 핵인력이 증가하고 바깥 전자구름이 수축합니다. Zr와 Hf의 반지름이 예상보다 비슷한 이유와도 연결됩니다.

차폐 추정

슬레이터 규칙으로 통제된 추정을 한다

슬레이터 규칙은 관심 전자와 다른 전자의 껍질/부껍질 위치에 따라 경험 계수를 줍니다. 비교와 손계산에는 좋지만 실제 다전자 궤도는 서로 자기일관적으로 변하므로 정확한 양자역학은 아닙니다.

차폐, 거리, 궤도 에너지는 관련되지만 서로 다르다

거리는 궤도의 공간 크기, 차폐는 다른 전자밀도가 핵인력을 바꾸는 정도, 궤도 에너지는 부껍질 모양·짝지음·이온화 후 이완까지 포함합니다. 서로 구별해야 순환 설명을 피할 수 있습니다.

연습

3주기

Na와 Cl이 같은 Ne형 속껍질인데 Cl 원자가전자가 더 큰 순인력을 느끼는 이유는?

4s 대 4p

보통 어느 궤도가 더 잘 침투합니까?

란타넘족

4f의 약한 차폐가 왜 계열에서 반지름 감소를 일으킵니까?