ประจุนิวเคลียร์เชิงผล

อิเล็กตรอน ในอะตอมหลาย อิเล็กตรอน ไม่ได้รู้สึก ประจุนิวเคลียร์ +ซี เต็ม ๆ เพราะ อิเล็กตรอน อื่นลดแรงดึงดูดผ่าน ป้องกัน และ การผลักกันของอิเล็กตรอน-อิเล็กตรอน แรงดึงสุทธิที่ อิเล็กตรอน หนึ่งรับมักสรุปด้วย ประจุนิวเคลียร์ที่มีประสิทธิภาพ หรือ Z_เอฟเฟค

ความหมายของ Z_เอฟเฟค

ใน อะตอมอิเล็กตรอนที่มีลักษณะคล้ายไฮโดรเจน หนึ่งตัวเห็น ค่าใช้จ่าย Z โดยตรง แต่ใน อะตอมหลายอิเล็กตรอน อิเล็กตรอน อื่นเปลี่ยน สนาม สุทธิ จึงใช้ การประมาณ Z_เอฟเฟค=Z−S โดย S เป็น การป้องกันคงที่

Z_เอฟเฟค ไม่ใช่เลขเดียวที่ใช้กับ อิเล็กตรอน ทุกตัวใน อะตอม เพราะ วงโคจร ต่างกันมี การกระจายรัศมี และ การเจาะ ต่างกัน

แนวโน้มใน ระยะเวลา

เมื่อเดินข้าม หมายเลขโปรตอน เพิ่มหนึ่งทุกธาตุและ อิเล็กตรอน ใหม่มักเข้า เปลือกหลัก เดิม เกราะป้องกันอิเล็กตรอนเปลือกเดียวกัน ได้ไม่เต็มเท่า แกนอิเล็กตรอน จึงทำให้ ความจุ Z_เอฟเฟค โดยทั่วไปเพิ่ม

แรงดึงที่เพิ่มนี้ช่วยให้ รัศมีอะตอม ลดและ พลังงานไอออไนเซชัน สูงขึ้นโดยรวม แม้จะมี ข้อยกเว้น จาก เปลือกย่อย และ การจับคู่

แนวโน้มลง กลุ่ม

ลง กลุ่ม ค่า Z เพิ่มมากแต่มี เปลือกด้านใน เพิ่มพร้อมกับ เลขควอนตัมหลัก ของ วาเลนซ์อิเล็กตรอน ที่สูงขึ้น ทั้ง ป้องกัน และระยะทางจาก นิวเคลียส จึงเพิ่ม

ดังนั้นไม่ควรใช้ Z_เอฟเฟค เพียงอย่างเดียวอธิบาย แนวโน้มของกลุ่ม ต้องรวม ขนาดวงโคจร และ ขอบเขตรัศมี

กฎสเลเตอร์

สเลเตอร์'s กฎ ให้ค่าประมาณ S โดยให้น้ำหนัก ป้องกัน ต่างกันกับ กลุ่มอิเล็กตรอน ต่าง ๆ จึงช่วยประมาณ Z_เอฟเฟค แบบกึ่งปริมาณ

นี่ไม่ใช่ การคำนวณควอนตัมที่แน่นอน วิธี ฮาร์ทรี-ฟ็อค หรือ การบำบัดด้วยความหนาแน่น ให้ ความหนาแน่นของอิเล็กตรอน และ การโต้ตอบ แบบ สม่ำเสมอในตนเอง มากกว่า

ความสำคัญทางเคมี

Z_เอฟเฟค ที่มากขึ้นสามารถยึด เวเลนซ์อิเล็กตรอน แน่นขึ้น ทำให้ รัศมี เล็ก, พลังงานไอออไนเซชัน สูง และมีผลต่อ ขั้ว และ แนวโน้มความผูกพัน

แต่ เคมี ของ อะตอม ใน โมเลกุล หรือ ไอออน ยังขึ้นกับ อัตราการเข้าพัก, สถานะออกซิเดชัน และ สิ่งแวดล้อม ไม่ใช่ Z_อะตอมที่แยกออกมา อย่างเดียว

การเจาะ และค่าเฉลี่ยเชิงรัศมี

อิเล็กตรอน ที่ ทะลุทะลวง ใกล้ นิวเคลียส มากจะใช้เวลาในบริเวณที่ การป้องกันแกน มีผลน้อย จึงรู้สึก แรงดึงดูดที่มีประสิทธิภาพ สูงกว่า วงโคจร ที่อยู่ไกลกว่า แม้มี n เดียวกัน

ค่า Z_เอฟเฟค ที่รายงานจึงเป็น คำอธิบาย แบบเฉลี่ย ไม่ใช่ สนาม คงที่ทุกตำแหน่งของ วงโคจร และไม่ควรตีความว่า นิวเคลียส มี ค่าใช้จ่าย จริงลดลง

ซีรีย์ไอโซอิเล็กทรอนิกส์

ใน ไอออน ที่มีจำนวน อิเล็กตรอน เท่ากัน รูปแบบการป้องกัน ใกล้เคียงกัน แต่ Z ต่างกัน จึงเห็นผลของ ประจุนิวเคลียร์ ชัด เช่น O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺ มี รัศมี ลดลงเมื่อ Z เพิ่ม

ซีรีส์ แบบนี้เป็นหลักฐานเชิงแนวโน้มที่ดีว่า แรงดึงดูดที่มีประสิทธิภาพ ไม่ได้ขึ้นกับ จำนวนอิเล็กตรอน อย่างเดียว

เหตุผลของ แนวโน้มรัศมีอะตอม

เมื่อ Z_เอฟเฟค เพิ่ม ความหนาแน่นของเวเลนซ์อิเล็กตรอน มักถูกดึงเข้าใกล้ นิวเคลียส ทำให้ รัศมี หด ผลกระทบข้ามช่วงเวลา นี้มักเด่นกว่าการเพิ่ม อิเล็กตรอน ใน เปลือก เดียวกัน

สำหรับ ไพเพอร์ การเอา อิเล็กตรอน ออกยังลด การผลักกันของอิเล็กตรอน-อิเล็กตรอน และบางครั้งเอา เปลือกนอก ออกทั้งหมด จึงทำให้ รัศมี เล็กกว่า อะตอมที่เป็นกลาง อย่างชัดเจน

สำหรับ การเติมอิเล็กตรอนแบบแอนไอออน เพิ่ม การขับไล่ และทำให้ เมฆ ขยาย จึงต้องแยกผลของ Z_เอฟเฟค จากผลของ จำนวนอิเล็กตรอน

แบบฝึกหัด

ประมาณง่าย

Z=11, S≈10

เฉลย: Z_เอฟเฟค≈1

Na→Cl

แนวโน้ม

เฉลย: ความจุ Z_เอฟเฟค เพิ่มโดยรวม

Z_เอฟเฟค=Z−จำนวน หลักที่แน่นอน ไหม?

ไม่

เฉลย: การป้องกันเปลือกเดียวกัน และ การเจาะ ทำให้ S ไม่ใช่ จำนวนเต็ม ง่าย ๆ