ETKILI NÜKLEER YÜK: KAVRAM, NASIL HESAPLANACAĞI VE ÖRNEKLER - KIMYA - 2025

Etkin çekirdek yükü (Zef) sonra elektron herhangi çekirdeği uygulanacaktır ve koruyucu ve penetrasyon etkileri azaltılır bu çekim kuvvetleridir. Böyle bir etki olmasaydı, elektronlar gerçek nükleer yük Z'nin çekici gücünü hissederlerdi.

Alttaki görüntüde hayali bir atom için Bohr atom modeli var. Çekirdeği, etrafında yörüngede dönen elektronları (mavi daireler) çeken bir nükleer yük Z = + n'ye sahiptir. İki elektronun çekirdeğe daha yakın bir yörüngede olduğu, üçüncü elektronun ise ondan daha uzakta olduğu görülebilir.

Üçüncü elektron yörüngesinde diğer iki elektronun elektrostatik itmelerini hisseder, böylece çekirdek onu daha az kuvvetle çeker; yani çekirdek-elektron etkileşimi, ilk iki elektronun ekranlanması sonucunda azalır.

Yani ilk iki elektron bir + n yükünün çekici kuvvetini hissediyor, ancak üçüncüsü bunun yerine + (n-2) gibi etkili bir nükleer yük yaşıyor.

Bununla birlikte, bu Zef yalnızca, tüm elektronların çekirdeğine olan mesafeler (yarıçap), negatif yüklerini (-1) belirleyerek her zaman sabit ve kesin olduğunda geçerli olacaktır.

kavram

Protonlar, kimyasal elementlerin çekirdeklerini tanımlar ve elektronlar, kimliklerini bir dizi özellik (periyodik tablonun grupları) içinde tanımlar.

Protonlar, atomu stabilize etmek için yeni bir elektron eklenmesiyle telafi edilen n + 1 oranında nükleer yük Z'yi artırır.

Protonların sayısı arttıkça, çekirdek dinamik bir elektron bulutu ile "örtülür" ve burada dolaştıkları bölgeler, dalga fonksiyonlarının radyal ve açısal bölümlerinin olasılık dağılımlarıyla tanımlanır ( orbitaller).

Bu yaklaşımdan, elektronlar çekirdeğin etrafındaki belirli bir uzay bölgesinde yörüngeye girmezler, aksine, hızla dönen bir fanın kanatları gibi, bilinen s, p, d ve f yörüngelerinin şekillerine bulanıklaşırlar.

Bu nedenle, bir elektronun negatif yükü -1 orbitallerin girdiği bölgeler tarafından dağıtılır; nüfuz etme etkisi ne kadar büyükse, söz konusu elektronun yörüngede deneyimleyeceği etkin nükleer yük o kadar büyük olur.

Penetrasyon ve koruma etkileri

Yukarıdaki açıklamaya göre, iç kabuklardaki elektronlar, dış kabuklardaki elektronların stabilize edici itişine -1 yüküne katkıda bulunmazlar.

Ancak bu çekirdek (daha önce elektronlarla doldurulmuş kabuklar) çekirdeğin çekici kuvvetinin dış elektronlara ulaşmasını engelleyen bir "duvar" görevi görür.

Bu, ekran etkisi veya koruyucu etki olarak bilinir. Ayrıca, dış kabuklardaki elektronların tümü bu etkinin aynı büyüklüğünü yaşamaz; Örneğin, nüfuz etme özelliği yüksek (yani çekirdeğe ve diğer orbitallere çok yakın geçiş yapan) bir yörüngeyi işgal ederseniz, daha yüksek bir Zef hissedeceksiniz.

Sonuç olarak, orbitaller için bu Zef'in bir fonksiyonu olarak bir enerji kararlılığı sırası ortaya çıkar:

Bu, 2p yörüngesinin 2s yörüngesine göre daha yüksek enerjiye (çekirdeğin yükü ile daha az stabilize edilmiş) sahip olduğu anlamına gelir.

Yörünge tarafından uygulanan penetrasyon etkisi ne kadar zayıfsa, dış elektronların geri kalanı üzerindeki ekran etkisi o kadar azdır. D ve f orbitalleri, çekirdeğin diğer elektronları çektiği birçok delik (düğüm) gösterir.

Nasıl hesaplanır?

Negatif yüklerin yerelleştirildiğini varsayarsak, herhangi bir elektron için Zef'i hesaplamanın formülü şöyledir:

Zef = Z - σ

Bu formülde σ, çekirdeğin elektronları tarafından belirlenen ekranlama sabitidir. Bunun nedeni teorik olarak en dıştaki elektronların iç elektronların korunmasına katkıda bulunmamasıdır. Başka bir deyişle, 1s ² , 2s ¹ elektronunu korur, ancak 2s ¹ , 1s ² elektronunu Z korumaz .

Z = 40 ise, bahsedilen etkiler ihmal edilirse, son elektron 1'e (40-39) eşit bir Zef yaşayacaktır.

Slater kuralı

Slater kuralı, atomdaki elektronlar için Zef değerlerinin iyi bir tahminidir. Uygulamak için aşağıdaki adımları izleyin:

1- Atomun (veya iyonun) elektronik konfigürasyonu şu şekilde yazılmalıdır:

(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f)…

2- Kabul edilenin sağında bulunan elektronlar ekranlama etkisine katkı sağlamaz.

3- Aynı gruptaki elektronlar (parantez ile işaretlenmiştir) 1s grubu olmadığı sürece elektronun yükünü 0.35, yerine 0.30 sağlar.

4- Elektron bir sop orbitalini kaplarsa, tüm n-1 orbitalleri 0.85 ve tüm n-2 orbitalleri bir birim katkıda bulunur.

5- Elektronun bir dof yörüngesini işgal etmesi durumunda, solundakiler bir birim katkıda bulunur.

Örnekler

2s yörüngesindeki elektronlar için Zef'i belirleyin

Slater'ın temsil modunun ardından, Be'nin (Z = 4) elektronik konfigürasyonu:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁰ )

Orbitalde iki elektron olduğu için bunlardan biri diğerinin korunmasına katkıda bulunur ve 1s orbitali 2s orbitalinin n-1'idir. Ardından, cebirsel toplamı geliştirirken aşağıdakilere sahibiz:

(0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05

0.35 2s elektronundan ve 0.85 iki 1s elektrondan geldi. Şimdi, Zef'in formülünü uygulayarak:

Zef = 4 - 2.05 = 1.95

Ne anlama geliyor? Bu demektir ki 2s elektronların ² yörünge deneyimi çekirdeğine doğru onları çekiyor +1.95 bir ücret yerine +4 fiili ücret.

3p yörüngesindeki elektronlar için Zef'i belirleyin

Yine, önceki örnekte olduğu gibi devam ediyor:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁶ ) (3s ² 3p ³ )

Şimdi cebirsel toplam, σ 'yu belirlemek için geliştirildi:

(, 35) (4) + (0.85) (8) + (1) (2) = 10.2

Yani Zef, σ ve Z arasındaki farktır:

Zef = 15-10,2 = 4,8

Sonuç olarak, son 3p ³ elektronları , gerçek olandan üç kat daha az güçlü bir yük yaşarlar. Ayrıca, bu kurala göre, 3s ² elektronlarının aynı Zef'i deneyimlediğini ve bunun hakkında şüphe uyandırabilecek bir sonuç olduğunu da belirtmek gerekir.

Ancak, hesaplanan değerleri gerçek değerlere yaklaştırmaya yardımcı olan Slater kuralında değişiklikler vardır.

Referanslar

1. Kimya Libretexts. (2016, 22 Ekim). Etkin nükleer yük. Alındığı kaynak: chem.libretexts.org
2. Shiver ve Atkins. (2008). İnorganik kimya. 1. grubun unsurlarında (Dördüncü baskı, Sayfa 19, 25, 26 ve 30). Mc Graw Hill.
3. Slater'ın kuralı. Alındığı kaynak: intro.chem.okstate.edu
4. Lümen. Koruyucu Etki ve Etkili Nükleer Yük. Alınan: course.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (23 Nisan 2018). Etkili Nükleer Yük Nasıl Hesaplanır. Sciencing. Alındığı: sciencing.com
6. Arlene Courtney. (2008). Periyodik Eğilimler. Western Oregon Üniversitesi. Alınan: wou.edu