Cas nuklear berkesan

Daripada Z kepada Z_eff

Nukleus mempunyai cas +Ze, namun elektron luar tidak mengalami cas penuh itu seolah-olah elektron lain tiada. Ketumpatan elektron di antara kawasan luar dan nukleus mengubah potensi yang dirasai.

Anggaran Z_eff = Z − S

Kita sering menulis Z_eff≈Z−S, dengan S sebagai pemalar perisaian anggaran. Ini tidak bermaksud setiap elektron teras membatalkan tepat satu proton.

Nilai bergantung pada orbital

Elektron 3s dan 3p dalam atom yang sama boleh mengalami Z_eff berbeza kerana 3s menembusi kawasan dalaman dengan lebih kuat. Jadi Z_eff bukan satu nombor mutlak bagi unsur.

Ketumpatan kebarangkalian

Elektron tidak berada pada satu jejari tetap. Sebahagian ketumpatan orbital boleh berada di dalam kulit lain, maka perisaian ialah purata kuantum ruang, bukan geometri kulit keras.

Penembusan dan bentuk orbital

Bentuk orbital menentukan sejauh mana ketumpatan sampai dekat nukleus. Untuk n yang setanding, penembusan biasanya s > p > d > f.

Mengapa s lebih menembusi

Orbital s mempunyai ketumpatan yang ketara berhampiran nukleus. Elektronnya lebih kerap berada di kawasan kurang terlindung dan oleh itu lebih kuat terikat.

Pemisahan tenaga subkulit

Dalam hidrogen tenaga terutama bergantung pada n, tetapi dalam atom berbilang elektron penembusan dan perisaian memisahkan tenaga 3s, 3p dan 3d.

Penembusan bukan sekadar jejari

Orbital yang luas masih boleh mempunyai ekor dalaman penting. Sebab itu frasa "lebih dekat" sahaja tidak cukup untuk menerangkan perbezaan tenaga orbital.

Trend jadual berkala

Z_eff membantu menerangkan pengecutan jejari dan kenaikan tenaga pengionan merentas kala, bersama-sama dengan jarak dan struktur subkulit.

Merentas kala

Z meningkat manakala elektron tambahan biasanya masuk ke kulit utama yang sama. Perisaian tidak meningkat sebanyak cas nuklear, jadi tarikan berkesan umumnya bertambah.

Menuruni kumpulan

Kulit utama baharu menambah jarak dan perisaian. Walaupun Z lebih besar, elektron luar lazimnya lebih longgar terikat.

Perisaian d dan f yang lemah

Elektron d dan f kurang berkesan melindungi elektron luar. Kesan ini meninggalkan pengecutan sepanjang siri peralihan dan pengecutan lantanida. Jejari Zr dan Hf hampir sama kerana elektron 4f antara kedua-duanya tidak melindungi pertambahan cas nuklear sepenuhnya; awan luar Hf tertarik lebih kuat daripada jangkaan mudah.

Anggaran dan batas

Peraturan Slater memberikan kaedah tangan untuk menganggar S, tetapi satu nilai Z_eff tetap merupakan ringkasan kepada keadaan berbilang elektron.

Peraturan Slater

Elektron dalam kumpulan yang sama, kulit n−1 dan kulit lebih dalam diberi sumbangan perisaian berlainan. Kaedah ini sesuai untuk perbandingan, bukan ketepatan spektroskopi tinggi.

Mekanisme, bukan ramalan tunggal

Z_eff yang lebih tinggi biasanya menguatkan ikatan elektron, tetapi pasangan elektron, pertukaran dan relaksasi selepas pengionan turut mempengaruhi data sebenar.

Latihan berjawab

Natrium

Jika Z=11 dan S≈8.8, berapakah Z_eff?

Merentas kala

Mengapa jejari lazimnya mengecil daripada Na ke Cl?

s atau p

Elektron manakah biasanya mengalami tarikan berkesan lebih besar dalam kulit sama, s atau p?