Điện tích hạt nhân hiệu dụng

Từ điện tích hạt nhân đến lực hút hiệu dụng

Điện tích hạt nhân và điện tích mà electron cảm nhận

Z là số proton và là đại lượng nguyên. Z_eff không phải một điện tích hạt nhân mới; nó tóm tắt kết quả của hút hạt nhân và đẩy electron–electron đối với một orbital cụ thể.

Electron lõi

Electron ở các lớp trong thường nằm giữa hạt nhân và electron hóa trị nên che chắn mạnh.

Electron hóa trị

Các electron cùng lớp che chắn lẫn nhau không hoàn toàn vì phân bố không gian chồng lấp mạnh.

Độ xuyên thấu làm thay đổi che chắn

Orbital xuyên thấu gần hạt nhân nhiều hơn sẽ cảm nhận lực hút lớn hơn và bị che chắn ít hơn. Thứ tự định tính thường là s > p > d > f.

Biến thiên tuần hoàn

Trong một chu kỳ: Z tăng nhanh hơn che chắn

Từ trái sang phải, số proton tăng nhưng electron mới chủ yếu đi vào cùng lớp chính. Che chắn cùng lớp không bù hết phần Z tăng, nên Z_eff của electron hóa trị thường tăng.

Xuống một nhóm: proton và lớp lõi cùng tăng

Electron hóa trị nằm ở lớp n lớn hơn, xa hạt nhân hơn và phía trong có thêm các lớp electron. Vì vậy chỉ nhìn số proton không đủ để dự đoán mức độ liên kết.

Ước lượng và kiểm tra mô hình

Quy tắc Slater cho một ước lượng có cấu trúc

Quy tắc Slater gán hệ số che chắn tùy lớp và phân lớp của electron khác. Đây là công cụ định tính–bán định lượng, không phải nghiệm chính xác của nguyên tử nhiều electron.

Tính Zₑff từ Z và S

Thử thay đổi Z và S trong công cụ dưới đây. Công thức Z_eff=Z−S chỉ là mô hình một tham số cho một electron cụ thể.

Electron d và f cho thấy giới hạn của hình vỏ đơn giản

Electron d và đặc biệt f che chắn kém hơn cách tưởng tượng bằng các vỏ đồng tâm đơn giản. Điều này quan trọng trong các dãy chuyển tiếp và co lantanit.

Cách dùng Zₑff

Mô hình giải thích được gì và không được gì

Z_eff nối cấu hình electron với bán kính nguyên tử, năng lượng ion hóa và nhiều xu hướng tuần hoàn. Tuy nhiên nó không phải một giá trị đo trực tiếp duy nhất cho mỗi nguyên tố; giá trị phụ thuộc orbital và phương pháp gần đúng.

Na và Cl: cùng lớp chính, lực hút khác nhau

Electron hóa trị của Na và Cl đều ở n=3, nhưng Z tăng từ 11 lên 17. Electron cùng lớp bổ sung không che chắn hiệu quả như lõi kiểu Ne, nên electron hóa trị của Cl chịu lực hút thuần mạnh hơn.

Bài tập

Cùng chu kỳ

Electron hóa trị của Na hay Cl cảm nhận Z_eff lớn hơn?

Cùng nhóm

Vì sao electron 4s của K không bị giữ mạnh hơn rất nhiều so với 3s của Na dù K có nhiều proton hơn?

Che chắn yếu

Vì sao electron f không bù hiệu quả điện tích proton tăng thêm?