Mendeleev

Sarcina nucleară efectivă

Sarcina nucleară efectivă Zₑff descrie atracția netă exercitată de nucleu asupra unui electron ales într-un atom multielectronic. Modelul Zₑff = Z − S separă sarcina nucleară reală Z de ecranarea S, dar Zₑff depinde de orbital și nu este o singură „sarcină a atomului” măsurabilă direct.

De la sarcina nucleară la atracția netă

Z și Zₑff. La hidrogen nu există alți electroni. Într-un atom multielectronic fiecare electron este atras de nucleu și respins simultan de ceilalți electroni.

+Zcore e⁻valence e⁻Zₑff = Z − Sattraction + repulsionnet inward pull
Sarcina nucleară efectivă

Electron de miez. Electronii de miez petrec mult timp aproape de nucleu și sunt mai puțin ecranați, deci resimt o atracție netă mare.

Electron de valență. Electronul de valență este de regulă mai îndepărtat și se află în exteriorul unei mari părți din densitatea electronică internă, deci resimte o sarcină efectivă mult mai mică.

Penetrarea orbitală

La n comparabil, orbitalii s pătrund mai aproape de nucleu decât p, d și f. Penetrarea mai mare înseamnă ecranare mai mică și stabilizare mai puternică.

Comportament periodic

De-a lungul unei perioade

Z crește, iar electronii de valență noi intră în principal în același înveliș. Ecranarea între electronii aceluiași înveliș este incompletă, astfel că Zₑff crește de obicei.

nucleusouter regionpenetration changes screening
Sarcina nucleară efectivă

În josul unei grupe

Apar învelișuri interne suplimentare, care ecranează puternic electronul exterior și măresc dimensiunea orbitalului de valență.

Legătura cu raza atomică

La același înveliș principal, un Zₑff mai mare contractă densitatea de valență și reduce în general raza atomică.

Legătura cu ionizarea

Atracția netă mai puternică crește de obicei prima energie de ionizare, deși energiile substraturilor și împerecherea produc abateri reale.

Modificați valoarea — rezultatul se actualizează imediat.

Estimare prin regulile lui Slater

Ce reprezintă S

S este suma efectivă a contribuțiilor de ecranare ale celorlalți electroni; învelișurile și substraturile nu contribuie în mod egal.

Exemplul Na 3s

Pentru electronul 3s din Na, regulile lui Slater dau aproximativ S≈8,8, deci Zₑff≈11−8,8≈2,2. Este o estimare de model, nu o constantă măsurată direct.

Coeficienți empirici

Coeficienții comprimă distribuția multielectronică complexă într-o schemă simplă de numărare. Sunt utili pentru comparații, nu înlocuiesc un calcul cuantic.

Dependența de orbital

Electronii 3s, 3p și cei interni ai aceluiași atom resimt valori diferite ale Zₑff din cauza penetrării și ecranării diferite.

Cum se verifică modelul

Spectre și energii

Energiile de ionizare, liniile spectrale și energiile orbitale calculate testează dacă modelul descrie corect tăria legării electronilor.

Nu este singura cauză

Zₑff leagă multe tendințe periodice, dar chimia depinde și de energia substratului, împerechere, corelație și geometrie.

Exerciții

Na 3s

Dacă Z=11 și S=8,8, cât este Zₑff?

Soluție

Zₑff=2,2.

De-a lungul perioadei

Care resimte de obicei Zₑff mai mare: Na 3s sau Cl 3p?

Soluție

Cl 3p, deoarece sarcina nucleară crește mai repede decât ecranarea din același înveliș.

4s și 4p

De ce 4s poate fi mai stabilizat decât 4p?

Soluție

4s pătrunde mai aproape de nucleu și este astfel mai puțin ecranat.