Chia sẻ:
Khái niệm tải trọng hạt nhân hiệu quả, cách tính toán và ví dụ
các tải hạt nhân hiệu quả (Zef) là lực hút của hạt nhân tác dụng lên bất kỳ electron nào sau khi bị giảm do ảnh hưởng của sàng lọc và thâm nhập. Nếu không có hiệu ứng như vậy, các electron sẽ cảm nhận được lực hấp dẫn của điện tích hạt nhân Z thực tế.
Trong hình dưới, chúng ta có mô hình nguyên tử Bohr cho một nguyên tử hư cấu. Hạt nhân của nó có điện tích hạt nhân Z = + n, thu hút các electron quay quanh (các vòng tròn màu xanh). Có thể thấy rằng hai electron nằm trong quỹ đạo gần hạt nhân hơn, trong khi electron thứ ba nằm ở khoảng cách lớn hơn từ đây.
Các quỹ đạo electron thứ ba cảm nhận được lực đẩy tĩnh điện của hai electron còn lại, vì vậy hạt nhân thu hút nó với lực ít hơn; nghĩa là, tương tác hạt nhân-electron giảm do sự che chắn của hai electron đầu tiên.
Sau đó, hai electron đầu tiên cảm nhận được lực hấp dẫn của điện tích + n, nhưng trải nghiệm thứ ba thay vào đó là điện tích hạt nhân hiệu quả là + (n-2).
Tuy nhiên, Zef cho biết sẽ chỉ có giá trị nếu khoảng cách (bán kính) đến hạt nhân của tất cả các electron luôn không đổi và được xác định, định vị các điện tích âm của chúng (-1).
Chỉ số
- 1 Khái niệm
- 1.1 Hiệu ứng thâm nhập và sàng lọc
- 2 Cách tính toán?
- 2.1 Quy tắc của Slater
- 3 ví dụ
- 3.1 Xác định Zef cho các electron của quỹ đạo 2s2 trong berili
- 3.2 Xác định Zef cho các electron trong quỹ đạo photphor 3
- 4 tài liệu tham khảo
Khái niệm
Các proton xác định hạt nhân của các nguyên tố hóa học và các electron nhận dạng của chúng trong một tập hợp các đặc tính (các nhóm của bảng tuần hoàn).
Các proton làm tăng điện tích hạt nhân Z với tốc độ n + 1, được bù bằng cách thêm một electron mới để ổn định nguyên tử.
Khi số lượng proton tăng lên, hạt nhân được "bao phủ" bởi một đám mây điện tử động, trong đó các vùng mà chúng lưu thông được xác định bởi phân bố xác suất của các phần xuyên tâm và góc của các hàm sóng ( quỹ đạo).
Từ phương pháp này, các electron không quay quanh một vùng xác định của không gian xung quanh hạt nhân, nhưng, như thể chúng là những cánh quạt quay nhanh, chúng mờ dần thành hình dạng của các quỹ đạo đã biết s, p, d và f.
Vì lý do này, điện tích âm -1 của một electron được phân phối bởi các vùng xâm nhập vào quỹ đạo; hiệu ứng xuyên thấu càng lớn, điện tích hạt nhân hiệu quả mà electron sẽ trải qua trong quỹ đạo càng lớn.
Hiệu ứng thâm nhập và sàng lọc
Theo giải thích trước đó, các electron của các lớp bên trong không đóng góp điện tích -1 cho lực đẩy ổn định của các electron từ các lớp bên ngoài.
Tuy nhiên, hạt nhân này (các lớp được lấp đầy bởi các electron trước đây) đóng vai trò như một "bức tường" ngăn cản lực hấp dẫn của hạt nhân chạm tới các electron bên ngoài.
Điều này được gọi là hiệu ứng màn hình hoặc hiệu ứng sàng lọc. Ngoài ra, không phải tất cả các electron ở các lớp bên ngoài đều có cùng cường độ của hiệu ứng đó; ví dụ, nếu chúng chiếm một quỹ đạo có đặc tính xuyên thấu cao (nghĩa là nó di chuyển rất gần với hạt nhân và các quỹ đạo khác), thì nó sẽ cảm thấy Zef lớn hơn.
Kết quả là, có một trật tự ổn định năng lượng dựa trên các Zef này cho các quỹ đạo: s Điều này có nghĩa là quỹ đạo 2p có năng lượng cao hơn (ít ổn định hơn bởi điện tích lõi) so với quỹ đạo 2s. Hiệu ứng thâm nhập của quỹ đạo càng kém, hiệu ứng màn hình của nó càng thấp đối với phần còn lại của các electron bên ngoài. Các quỹ đạo d và f cho thấy nhiều lỗ (nút) trong đó hạt nhân thu hút các electron khác. Giả sử rằng các điện tích âm được định vị, công thức tính Zef cho bất kỳ electron nào là: Zef = Z - Trong công thức đã nói là hằng số che chắn được xác định bởi các electron hạt nhân. Điều này là do về mặt lý thuyết, các electron ngoài cùng không góp phần che chắn các electron bên trong. Nói cách khác, 1s2 Bảo vệ electron 2s1, nhưng 2s1 không che chắn các electron Z đến 1s2. Nếu Z = 40, bỏ qua các hiệu ứng được đề cập, thì electron cuối cùng sẽ trải qua Zef bằng 1 (40-39). Quy tắc của Slater là một xấp xỉ tốt các giá trị Zef cho các electron trong nguyên tử. Để áp dụng nó, cần phải làm theo các bước dưới đây: 1- Cấu hình điện tử của nguyên tử (hoặc ion) phải được viết như sau: (1s) (2 giây 2p) (3 giây 3p) (3d) (4s 4p) (4đ) (4f) ... 2- Electron ở bên phải của người được xem xét không đóng góp vào hiệu ứng che chắn. 3- Các electron trong cùng một nhóm (được đánh dấu bằng dấu ngoặc đơn) đóng góp 0,35 điện tích của electron trừ khi đó là nhóm 1, nằm ở vị trí 0,30. 4 - Nếu electron chiếm một quỹ đạo s hoặc p, thì tất cả các quỹ đạo n-1 đóng góp 0,85 và tất cả các quỹ đạo n-2 một đơn vị. 5- Trong trường hợp electron chiếm một quỹ đạo d hoặc f, tất cả những người ở bên trái của nó đóng góp với một đơn vị. Theo chế độ đại diện của Slater, cấu hình điện tử của Be (Z = 4) là: (1 giây2) (2 giây22p0) Như trong quỹ đạo có hai electron, một trong số chúng góp phần che chắn cho cái kia và quỹ đạo 1s là n-1 của quỹ đạo 2s. Sau đó, phát triển tổng đại số có những điều sau đây: (0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05 0,35 đến từ electron 2s và 0,85 từ hai electron từ 1s. Bây giờ, áp dụng công thức của Zef: Zef = 4 - 2.05 = 1.95 Điều này có nghĩa là gì? Nó có nghĩa là các electron trong quỹ đạo 2s2 họ trải nghiệm điện tích +1,95 thu hút họ vào hạt nhân, thay vì điện tích thực tế là +4. Một lần nữa, tiếp tục như trong ví dụ trước: (1 giây2) (2 giây22p6) (3 giây23p3) Bây giờ tổng đại số được phát triển để xác định σ: (, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2 Vì vậy, Zef là sự khác biệt giữa và Z: Zef = 15-10,2 = 4,8 Tóm lại, các điện tử 3p mới nhất3 Họ trải nghiệm một khoản phí ít hơn ba lần so với thực tế. Cũng cần lưu ý rằng, theo quy tắc này, các điện tử 3s2 trải nghiệm cùng một Zef, kết quả có thể khơi dậy sự nghi ngờ về. Tuy nhiên, có những sửa đổi đối với quy tắc Slater giúp xấp xỉ các giá trị được tính của giá trị thực.Làm thế nào để tính toán nó?
Quy tắc của Slater
Ví dụ
Xác định Zef cho các electron quỹ đạo 2s2 trong berili
Xác định Zef cho các electron trong quỹ đạo 3p3 phốt pho
Tài liệu tham khảo