EPEKTIBONG SINGIL NG NUKLEYAR: KONSEPTO, KUNG PAANO MAKALKULA ITO AT MGA HALIMBAWA - CHEMISTRY - 2025

Ang epektibong nukleyar na singil (Zef) ay ang kaakit-akit na puwersa na inilalabas ng nucleus sa alinman sa mga elektron pagkatapos mabawasan ng mga epekto ng panangga at pagtagos. Kung walang mga ganoong epekto, madarama ng mga electron ang kaakit-akit na puwersa ng aktwal na singil ng nukleyar na Z.

Sa ibabang imahe ay mayroon tayong modelong atomikong Bohr para sa isang kathang-isip na atom. Ang nucleus nito ay may isang singil na nukleyar na Z = + n, na umaakit sa mga electron na nag-orbit sa paligid nito (ang mga asul na bilog). Makikita na ang dalawang elektron ay nasa isang orbit na mas malapit sa nucleus, habang ang ikatlong elektron ay namamalagi sa malayo dito.

Ang pangatlo na mga orbit ng elektron ay naramdaman ang mga pag-urong ng electrostatic ng iba pang dalawang elektron, kaya't ang nucleus ay nakakaakit ng mas kaunting puwersa; iyon ay, ang pakikipag-ugnay sa nucleus-electron ay bumabawas bilang isang resulta ng pagprotekta sa unang dalawang elektron.

Kaya't ang unang dalawang elektron ay naramdaman ang kaakit-akit na puwersa ng isang singil, ngunit ang pangatlo ay nakakaranas ng isang epektibong nukleyar na singil ng + (n-2).

Gayunpaman, ang Zef ay magiging wasto lamang kung ang mga distansya (ang radius) sa nucleus ng lahat ng mga electron ay palaging pare-pareho at tiyak, na hinahanap ang kanilang mga negatibong singil (-1).

Konsepto

Tinukoy ng mga proton ang nuclei ng mga elemento ng kemikal, at tinukoy ng mga electron ang kanilang pagkakakilanlan sa loob ng isang hanay ng mga katangian (ang mga pangkat ng pana-panahong talahanayan).

Ang mga proton ay nagdaragdag ng singil ng nukleyar Z sa rate ng n + 1, na kung saan ay nabayaran sa pamamagitan ng pagdaragdag ng isang bagong elektron upang patatagin ang atom.

Habang tumataas ang bilang ng mga proton, ang nucleus ay nagiging "nasaklaw" ng isang pabago-bagong ulap ng mga electron, kung saan ang mga rehiyon kung saan sila nagpapalipat-lipat ay tinukoy ng mga probabilidad na pamamahagi ng mga radial at anggular na mga bahagi ng pag-andar ng alon ( orbitals).

Mula sa pamamaraang ito, ang mga electron ay hindi nag-orbit sa isang tinukoy na rehiyon ng puwang sa paligid ng nucleus, ngunit sa halip, tulad ng mga blades ng isang mabilis na umiikot na tagahanga, lumabo sila sa mga hugis ng kilalang or, p, d at f orbitals.

Para sa kadahilanang ito, ang negatibong singil -1 ng isang elektron ay ipinamamahagi ng mga rehiyon na tinagos ng mga orbit; ang mas mataas na epekto ng pagtagos, mas malaki ang mabisang singil ng nukleyar na nagsabing ang elektron ay makakaranas sa orbital.

Mga epekto sa penetration at kalasag

Kasabay ng paliwanag sa itaas, ang mga electron sa panloob na mga shell ay hindi nag-aambag ng isang -1 singil sa nagpapatatag na pagtanggi ng mga electron sa mga panlabas na shell.

Gayunpaman, ang kernel na ito (ang mga shell na dating napuno ng mga electron) ay nagsisilbing isang "pader" na pumipigil sa kaakit-akit na puwersa ng nucleus mula sa pag-abot sa panlabas na mga electron.

Ito ay kilala bilang epekto ng screen o epekto ng kalasag. Gayundin, hindi lahat ng mga electron sa mga panlabas na shell ay nakakaranas ng parehong laki ng epekto na ito; halimbawa, kung sakupin mo ang isang orbital na may mataas na katangian ng pagtagos (iyon ay, na lumilipas nang napakalapit sa nucleus at iba pang mga orbit), pagkatapos ay makakaranas ka ng isang mas mataas na Zef.

Bilang isang resulta, ang isang pagkakasunud-sunod ng katatagan ng enerhiya ay lumitaw bilang isang function ng mga Zef para sa mga orbitals: s

Nangangahulugan ito na ang 2p orbital ay may mas mataas na enerhiya (hindi gaanong nagpapatatag sa pamamagitan ng singil ng nucleus) kaysa sa orbital ng 2s.

Ang mas mahirap ang epekto ng pagtagos na ginawa ng orbital, mas mababa ang epekto ng screen nito sa natitirang mga panlabas na elektron. Ang d at f orbitals ay nagpapakita ng maraming mga butas (node) kung saan ang nucleus ay umaakit sa iba pang mga electron.

Paano makalkula ito?

Ang pag-aakalang negatibong singil ay naisalokal, ang pormula para sa pagkalkula ng Zef para sa anumang elektron ay:

Zef = Z - σ

Sa pormula na ito σ ang panatag na pare-pareho na natutukoy ng mga electron ng kernel. Ito ay dahil, sa teoretiko, ang mga panlabas na elektron ay hindi nag-aambag sa kalasag ng mga panloob na elektron. Sa ibang salita, 1s ² shields ang 2s ¹ electron , ngunit 2s ¹ ay hindi Z kalasag ang 1s ² mga electron .

Kung ang Z = 40, ang pagpapabaya sa mga epekto na nabanggit, kung gayon ang huling elektron ay makakaranas ng isang Zef na katumbas ng 1 (40-39).

Panuntunan ni Slater

Ang patakaran ng slater ay isang mahusay na pag-asa ng mga halaga ng Zef para sa mga electron sa atom. Upang mailapat ito, sundin ang mga hakbang sa ibaba:

1- Ang elektronikong pagsasaayos ng atom (o ion) ay dapat isulat tulad ng sumusunod:

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

2- Ang mga electron na nasa kanan ng isa ay isinasaalang-alang ay hindi nag-aambag sa epekto ng kalasag.

3- Ang mga electron na nasa loob ng parehong pangkat (minarkahan ng mga panaklong) ay nagbibigay ng 0.35 na singil ng elektron maliban kung ito ang pangkat ng 1s, na 0.30 sa halip.

4 Kung ang elektron ay sumasakop sa isang orbital ng sopas, kung gayon ang lahat ng mga n-1 orbitals ay nag-aambag ng 0.85, at ang lahat ng mga n-2 orbitals isang yunit.

5- Kung sakupin ng elektron ang isang dof orbital, lahat ng nasa kaliwa nito ay nag-aambag ng isang yunit.

Mga halimbawa

Alamin ang Zef para sa mga elektron sa orbital ng 2s

Kasunod ng mode ng representasyon ni Slater, ang elektronikong pagsasaayos ng Be (Z = 4) ay:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁰ )

Dahil mayroong dalawang elektron sa orbital, ang isa sa mga ito ay nag-aambag sa kalasag ng iba pa, at ang 1s orbital ay ang n-1 ng orbital ng 2s. Pagkatapos, ang pagbuo ng halagang algebraic mayroon tayong mga sumusunod:

(0.35) (1) + (0.85) (2) = 2.05

Ang 0.35 ay nagmula sa 2s elektron, at ang 0.85 mula sa dalawang 1s na mga electron. Ngayon, ang paglalapat ng formula ni Zef:

Zef = 4 - 2.05 = 1.95

Anong ibig sabihin nito? Nangangahulugan ito na ang mga elektron sa 2s ² orbital ay nakakaranas ng singil ng +1.95 na kumukuha ng mga ito patungo sa nucleus, sa halip na ang aktwal na singil ng +4.

Alamin ang Zef para sa mga electron sa 3p orbital

Muli, nagpapatuloy ito tulad ng sa nakaraang halimbawa:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁶ ) (3s ² 3p ³ )

Ngayon ang algebraic sum ay binuo upang matukoy ang:

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

Kaya, ang Zef ay ang pagkakaiba sa pagitan ng σ at Z:

Zef = 15-10.2 = 4.8

Sa konklusyon, ang huling 3p ^{3 na mga} electron ay nakakaranas ng singil ng tatlong beses na hindi gaanong malakas kaysa sa tunay. Dapat ding tandaan na, ayon sa panuntunang ito, nakakaranas ang 3s ² electrons ng parehong Zef, isang resulta na maaaring magtaas ng mga pagdududa sa bagay na ito.

Gayunpaman, mayroong mga pagbabago sa patakaran ng Slater na makakatulong sa tinatayang mga kinakalkula na mga halaga sa mga aktwal na.

Mga Sanggunian

1. Librete Text ng Chemistry. (2016, Oktubre 22). Epektibong singil ng Nukleyar. Kinuha mula sa: chem.libretexts.org
2. Shiver & Atkins. (2008). Diorganikong kimika. Sa mga elemento ng pangkat 1. (Ikaapat na edisyon., Pahina 19, 25, 26 at 30). Mc Graw Hill.
3. Panuntunan ni Slater. Kinuha mula sa: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Ang Epekto ng Shielding at Epektibong Charge Nuclear. Kinuha mula sa: mga kurso.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (Abril 23, 2018). Paano Kalkulahin ang Epektibong singil ng Nukleyar. Sciencing. Kinuha mula sa: sciencing.com
6. Arlene Courtney. (2008). Panahon ng Mga Tren. Western Oregon University. Kinuha mula sa: wou.edu