Екранування електронів
Екранування — це зменшення середнього притягання електрона до ядра через присутність інших електронів. Воно походить з електрон-електронного відштовхування та просторового розподілу електронної густини й пояснює, чому багатоелектронні атоми не поводяться як прості воднеподібні системи.
Не фізичний щит
Внутрішні електрони не відрізають поле ядра непроникною сферою. Поля і хвильові функції накладаються. Екранування — це середній ефект у багаточастинковому потенціалі, а не механічна перегородка.
Внутрішні оболонки
Електрони з меншим n здебільшого розташовані ближче до ядра і сильно екранують валентні електрони. Саме тому перехід до нової головної оболонки вниз групи суттєво збільшує радіус навіть за більшого Z.
Проникнення
s-орбіталь проникає ближче до ядра, ніж p-, d- або f-орбіталь того самого головного рівня. Частина її густини лежить усередині інших оболонок, тому вона в середньому відчуває менше екранування й сильніше притягання.
Електрони однієї оболонки
Електрони тієї самої оболонки екранують один одного не так ефективно, як внутрішні. Тому вздовж періоду зростання Z часто переважає зростання екранування, і Z_eff збільшується.
d та f як слабкі екрани
d- і особливо f-електрони відносно слабко екранують зовнішні електрони. Це сприяє лантаноїдному стисканню й пояснює частину нетривіальних розмірів важких елементів.
Періодичні тренди
Екранування разом із проникненням і Z_eff формує тренди атомних радіусів, енергій іонізації та доступності валентних станів. Одна з цих трьох ідей без двох інших часто дає надто спрощене пояснення.
У молекулах і твердих тілах
Після утворення зв’язку електронна густина перерозподіляється між атомами. Атомне поняття екранування залишається корисним, але точніша картина потребує молекулярних орбіталей або електронної густини всього об’єкта.
Що робити з винятком
Якщо проста схема не передбачає експериментальний результат, треба перевірити нову підоболонку, спарювання, релятивістські ефекти чи зміну конфігурації. Виняток — сигнал уточнити модель, а не ігнорувати дані.
Чому f-електрони дають лантаноїдне стискання
Під час заповнення 4f-підоболонки заряд ядра послідовно зростає, але f-електрони екранують його неідеально. Зовнішні електрони тому відчувають поступове посилення притягання, а радіуси лантаноїдів зменшуються сильніше, ніж очікує проста схема «нова електронна оболонка компенсує нові протони». Наслідок переноситься і на 5d-елементи, розміри яких часто близькі до відповідних 4d-аналогів.
Вправа
Чому 4s і 4p можуть мати різне екранування?
Розв’язання
Через різне проникнення. 4s має більше густини ближче до ядра і відчуває інший середній потенціал.