Elektrónové tienenie
Elektróny vo viac-elektrónovom atóme sa navzájom odpudzujú, takže valenčný elektrón necíti plnú príťažlivosť náboja +Z jadra. Tienenie opisuje toto zníženie výslednej príťažlivosti. Nie je to pevná „clona“ medzi jadrom a elektrónom, ale dôsledok priestorových pravdepodobnostných rozdelení všetkých elektrónov.
Čo znamená tienenie
Vnútorné elektróny majú väčšinu svojej hustoty bližšie k jadru než valenčné elektróny. Ich záporný náboj čiastočne znižuje elektrické pôsobenie jadra vo vzdialenejšej oblasti. Približne to zapisujeme Z_eff = Z − S, kde S vyjadruje efektívne tienenie.
Tienenie nie je presné pravidlo „jeden elektrón zruší jeden protón“. Elektrónové oblaky sa prekrývajú a každý elektrón má rozloženú priestorovú pravdepodobnosť, takže účinné S závisí od toho, ktorý orbitál sledujeme.
Penetrácia: s, p, d a f nie sú tienené rovnako
Orbitál s rovnakej vrstvy má väčší podiel hustoty blízko jadra než p; p obyčajne preniká viac než d a d viac než f. Viac prenikajúci elektrón sa častejšie nachádza vnútri hustoty iných elektrónov, a preto je menej tienený.
Nemožno teda tvrdiť, že všetky elektróny s rovnakým n majú rovnakú vzdialenosť a rovnaké tienenie. Vo viac-elektrónových atómoch tvar orbitálu mení jeho energiu aj pociťovaný Z_eff.
Preskúmajte vplyv tienenia
Elektróny rovnakej vrstvy sa tienia neúplne
Naprieč periódou vstupujú ďalšie valenčné elektróny do tej istej hlavnej vrstvy. Vzájomné tienenie rastie, ale pomalšie než jadrový náboj Z. Z_eff preto obyčajne rastie doprava a atómový polomer sa zmenšuje.
Rovnaký mechanizmus pomáha vysvetliť rast prvej ionizačnej energie v perióde. Odchýlky pri zmene podvrstvy alebo párovaní ukazujú, že tienenie nie je jediným energetickým faktorom.
Nové vrstvy zosilňujú tienenie nadol v skupine
Smerom nadol v skupine leží valenčný elektrón vo vyššej vrstve a medzi ním a jadrom sú ďalšie obsadené vrstvy. Vzdialenosť aj tienenie rastú, takže valenčné elektróny bývajú napriek vyššiemu Z menej pevne viazané.
To vysvetľuje všeobecný rast atómového polomeru a pokles prvej ionizačnej energie v mnohých skupinách. Trend však vzniká spoločným pôsobením Z, vzdialenosti, tienenia a podvrstvovej štruktúry.
Slabé tienenie d a f zanecháva periodickú stopu
Elektróny d a najmä f tienia vonkajšie elektróny menej účinne, než by naznačovalo jednoduché počítanie vrstiev. V rade lantanoidov pridávané 4f elektróny úplne nekompenzujú rastúce Z.
Dôsledkom je postupné zosilňovanie efektívnej príťažlivosti a lantanoidová kontrakcia. Podobné jemnosti ovplyvňujú veľkosti prechodných kovov, ionizačné energie aj chémiu ťažších prvkov.
Vyriešené príklady
1. Silnejšie tienenie
Riešenie
Pri rovnakom Z dáva väčšie S menšie Z_eff, teda slabšiu efektívnu príťažlivosť vonkajšieho elektrónu.
2. Orbitál s a orbitál p
Riešenie
V rovnakej vrstve orbitál s viac preniká k jadru, preto je jeho elektrón obyčajne menej tienený než elektrón p.
3. Lantanoidy
Riešenie
Elektróny 4f tienia slabo, takže rastúce Z zvyšuje efektívnu príťažlivosť a vedie k lantanoidovej kontrakcii.