Hiệu ứng che chắn electron

Che chắn hoạt động như thế nào

Lực đẩy electron–electron là nguồn của che chắn

Mỗi electron bị hút về hạt nhân dương nhưng đồng thời bị các electron khác đẩy. Đối với electron ngoài, phần mật độ lõi nằm giữa nó và hạt nhân làm giảm lực hút thuần.

Electron lõi và electron cùng lớp không che chắn như nhau

Không thể coi mỗi electron khác là “một đơn vị che chắn” giống nhau vì các phân bố xuyên tâm khác nhau.

Che chắn của lớp lõi

Electron ở lớp n nhỏ hơn phần lớn nằm bên trong vùng electron hóa trị nên che chắn mạnh.

Che chắn trong cùng lớp

Electron cùng lớp chính chồng lấp nhiều và chỉ che chắn một phần; vì vậy Z_eff vẫn tăng qua một chu kỳ.

Độ xuyên thấu phân biệt s, p, d, f

Thứ tự xuyên thấu định tính là s > p > d > f. Orbital xuyên thấu mạnh bị che chắn ít hơn và có thể che chắn electron bên ngoài hiệu quả hơn.

Hệ quả tuần hoàn

Qua một chu kỳ, che chắn không bù hết proton tăng thêm

Proton tăng trong khi electron mới đi vào cùng lớp chính; che chắn cùng lớp không hoàn toàn nên lực hút thuần tăng, góp phần làm bán kính giảm và năng lượng ion hóa tăng.

Xuống nhóm, lớp chiếm mới thay đổi cân bằng

Electron hóa trị đi vào lớp lớn hơn và có nhiều lớp bên trong che chắn mạnh. Vì vậy nguyên tử có Z lớn hơn vẫn có thể giữ electron ngoài yếu hơn.

Che chắn kém của d và f để lại dấu vết trong bảng tuần hoàn

Electron d và f nhìn chung che chắn electron bên ngoài kém hơn electron s, p có độ xuyên thấu cao hơn.

Dãy chuyển tiếp

Khi đi qua khối d, electron d thêm vào chỉ bù một phần điện tích hạt nhân tăng, nên bán kính nguyên tử và ion có thể co từ từ.

Co lantanit

Che chắn kém của 4f làm Z_eff tăng dọc dãy lantanit và kéo mây electron ngoài co lại. Đây là một phần lý do Zr và Hf có kích thước gần nhau hơn dự đoán đơn giản.

Ước lượng che chắn

Quy tắc Slater cho một ước lượng có kiểm soát

Slater dùng các hệ số kinh nghiệm theo lớp và phân lớp để ước lượng S. Nó hữu ích cho so sánh và tính tay nhưng không thay thế tính toán lượng tử tự nhất quán.

Che chắn, khoảng cách và năng lượng orbital là các khái niệm liên quan nhưng khác nhau

Khoảng cách mô tả kích thước không gian của orbital; che chắn mô tả ảnh hưởng của electron khác lên lực hút hạt nhân; năng lượng orbital còn phụ thuộc hình dạng phân lớp, ghép đôi và sự thư giãn sau ion hóa.

Bài tập

Chu kỳ 3

Vì sao electron hóa trị của Cl cảm nhận lực hút thuần lớn hơn Na dù cùng lõi kiểu Ne?

4s hay 4p

Orbital nào thường xuyên thấu mạnh hơn?

Lantanit

Vì sao che chắn kém của 4f làm bán kính giảm dọc dãy?