Эффективный заряд ядра
Эффективный заряд ядра Z_эфф описывает, насколько сильно конкретный электрон в многоэлектронном атоме в среднем притягивается к ядру. Реальный ядерный заряд равен +Зе, но другие электроны частично экранируют это притяжение. В простой модели Z_эфф≈Z−S, где S — постоянная экранирования.
Это не новый реальный заряд
В ядре по-прежнему Z протонов. Z_эфф не означает уменьшение числа протонов, а лишь суммарный эффективное привлечение, который ощущает выбранный электрон.
Электроны на разных орбиталях одного атома могут иметь разные эффективный Z из-за различий в проникновение и радиальное распределение.
Экранирование и проникновение
Электроны ядра в среднем ближе к ядру и уменьшают притяжение внешние электроны. Однокорпусное экранирование слабее.
Для одинакового n обычно проникновение убывает в порядке s>p>d>f. Поэтому нс электрон может ощущать более сильное эффективное привлечение, чем np.
Результат
Результат:
Тренд в периоде
Слева направо Z возрастает, а новые валентные электроны добавляются примерно в ту же основная оболочка.
Экранирование не растёт так быстро, как ядерный заряд, поэтому Z_эфф валентных электронов обычно увеличивается. Это способствует уменьшению атомный радиус и росту энергия ионизации.
Тренд вниз по группе
Вниз по группе добавляются новые занятые оболочки. Ядерный заряд растёт, но растут и расстояние, и экранирование.
Поэтому простое утверждение «больше Z — меньше радиус» неприменимо без учёта n и скрининг.
Правила Слейтера
Правила Слейтера дают полуэмпирическую оценку S. Они полезны для качественных тенденций, но не являются точным квантовый расчет.
В реальном многоэлектронный атомный скрининг определяется орбитальные формы, волновые функции и электронная корреляция.
d- и f-экранирование
d и особенно f электроны экранируют внешние электроны менее эффективно, чем предполагает простая подсчет снарядов картина.
Слабое 4f экранирование — важная причина лантаноидное сокращение и близких размеров многих 4d/5d гомологи.
Связь с наблюдаемыми свойствами
Больший Z_эфф обычно означает более сильное притяжение, меньший характерный радиус и более трудное удаление электрона.
Но структура оболочки, спаривание и энергии подоболочек создают исключения; Z_эфф не объясняет все тенденции в одиночку.
Как проверять модель
Z_эфф не является одной непосредственно измеряемой константой атома. Его оценивают моделями, а проявления видны в орбитальные энергии, энергии ионизации и радиальные распределения.
Нельзя бездумно применять одно S ко всем электроны. Постоянная экранирования зависит от выбранной орбитали и от того, какие другие электроны находятся внутри её радиальное распределение.
Разобранный пример
Простая модель
Z=11, S=8,8.
Решение
Z_эфф≈2,2.
За период
Что обычно происходит с валентность Z_эфф?
Решение
Он растёт.
Проникновение
Что проникает ближе, 3s или 3p?
Решение
3s.