Elektronskjerming
Elektroner frastøter hverandre og reduserer hvor sterkt et gitt elektron påvirkes av kjernen. Skjerming er ikke en fast vegg: penetrasjon, orbitalform og skallstruktur bestemmer effekten.
Grunnidé og definisjon
Skjerming oppstår fordi et elektron påvirkes både av den positive kjernen og av frastøting fra andre elektroner. Kjerneelektroner reduserer vanligvis den netto tiltrekningen kraftig, mens elektroner i samme skall skjermer hverandre mindre fullstendig fordi de ofte har sammenlignbar radial utstrekning.
Elektron–elektron-frastøting ligger bak skjerming
Dette er en konsekvens av modellen, ikke en løs huskeregel. Skriv størrelsene eksplisitt og kontroller både enheter og fysisk grenseverdi.
Penetrasjon gir s > p > d > f
Poenget blir tydeligst når den symbolske relasjonen kobles til elektron- eller kjernestrukturen som faktisk endres. En trend uten mekanisme er lett å bruke feil.
Gjennom en periode vinner økende Z
I en beregning bør fortegn og referansetilstand bestemmes før tall settes inn. Det hindrer at samme symbol gis to forskjellige fysiske betydninger.
f-elektroner skjermer spesielt dårlig
Denne sammenhengen er særlig nyttig som konsistenskontroll: resultatet må være forenlig med bevaringslover, tillatte kvantetilstander og riktig størrelsesorden.
Mekanisme og kvantitativ modell
Penetrasjon og skjerming er to sider av samme radiale fysikk. For samme n gjelder omtrent s>p>d>f i penetrasjon. En 3s-elektron kan ha tetthet nærmere kjernen enn en 3p- eller 3d-elektron og opplever derfor mindre effektiv skjerming.
Kjerneelektroner skjermer sterkest
Denne sammenhengen er særlig nyttig som konsistenskontroll: resultatet må være forenlig med bevaringslover, tillatte kvantetilstander og riktig størrelsesorden.
s-elektroner kan finnes nær kjernen
Legg merke til at en gjennomsnittsmodell kan beskrive en trend uten å være en direkte måling av én lokal størrelse. Det er viktig når flere elektroner vekselvirker.
Nedover en gruppe kommer nye skall til
En god forklaring skiller årsak fra korrelasjon. Den periodiske plasseringen beskriver mønsteret, mens orbitalstruktur og skjerming forklarer hvorfor mønsteret oppstår.
Dette bidrar til lantanidekontraksjon
Når idealmodellen brukes, bør man også vite hva som kan endre resultatet eksperimentelt: eksiterte tilstander, miljø, detektoreffektivitet eller flerpartikkelvirkninger.
Hva observasjoner og beregninger forteller
Gjennom en periode øker kjerneladningen raskere enn valensskjermingen, så effektiv tiltrekning vanligvis øker. Nedover en gruppe legges et nytt hovedskall til. Den større avstanden og ekstra kjerneskjermingen forklarer hvorfor valenselektroner ofte er løsere bundet.
Elektroner i samme skall skjermer delvis
Når idealmodellen brukes, bør man også vite hva som kan endre resultatet eksperimentelt: eksiterte tilstander, miljø, detektoreffektivitet eller flerpartikkelvirkninger.
Skjerming og Zeff må ikke blandes
Sammenlign alltid med et nærliggende tilfelle. Det viser om endringen skyldes Z, n, paring, penetrasjon eller en helt annen del av modellen.
d-elektroner er middelmådige skjermer
Dette er en konsekvens av modellen, ikke en løs huskeregel. Skriv størrelsene eksplisitt og kontroller både enheter og fysisk grenseverdi.
Slaters regler er en empirisk modell
Poenget blir tydeligst når den symbolske relasjonen kobles til elektron- eller kjernestrukturen som faktisk endres. En trend uten mekanisme er lett å bruke feil.
Løste eksempler
Oppgave 1
Ranger penetrasjonen til 3s, 3p og 3d.
Løsning
3s>3p>3d.
Oppgave 2
Hvis Z øker gjennom en periode mens skjermingen øker mindre, hva skjer med Zeff?
Løsning
Zeff øker vanligvis, og valenselektronene trekkes sterkere inn.
Oppgave 3
Hvorfor bidrar svak f-skjerming til lantanidekontraksjon?
Løsning
Økende Z merkes relativt sterkt av ytre elektroner når f-elektronene skjermer dårlig.
Skjerming oppstår fordi et elektron påvirkes både av den positive kjernen og av frastøting fra andre elektroner. Kjerneelektroner reduserer vanligvis den netto tiltrekningen kraftig, mens elektroner i samme skall skjermer hverandre mindre fullstendig fordi de ofte har sammenlignbar radial utstrekning. Penetrasjon og skjerming er to sider av samme radiale fysikk. For samme n gjelder omtrent s>p>d>f i penetrasjon. En 3s-elektron kan ha tetthet nærmere kjernen enn en 3p- eller 3d-elektron og opplever derfor mindre effektiv skjerming. Gjennom en periode øker kjerneladningen raskere enn valensskjermingen, så effektiv tiltrekning vanligvis øker. Nedover en gruppe legges et nytt hovedskall til. Den større avstanden og ekstra kjerneskjermingen forklarer hvorfor valenselektroner ofte er løsere bundet. d- og særlig f-elektroner er relativt dårlige til å skjerme ytre elektroner. Dette bidrar til overgangsmetallenes detaljerte trender og lantanidekontraksjonen. Slaters regler kan kvantifisere et overslag, men skjerming er i siste instans et resultat av en fler-elektron-bølgefunksjon.