Эффективный ядерный заряд - Effective nuclear charge
Эффективный заряд ядра - это фактическая величина положительного (ядерного) заряда, испытываемого электроном в полиэлектронном атоме. Термин «эффективный» используется потому, что экранирующий эффект отрицательно заряженных электронов не позволяет более высокой орбитали испытывать полный ядерный заряд из-за отталкивающего эффекта внутреннего слоя. Эффективный заряд ядра, испытываемый электроном, также называется зарядом ядра. По степени окисления атома можно определить силу заряда ядра. Большинство физических и химических свойств элементов можно объяснить на основе электронной конфигурации. Рассмотрим поведение энергий ионизации в периодической таблице. Известно, что величина потенциала ионизации зависит от следующих факторов:
1. Размер атома;
2. Ядерный заряд;
3. Эффект экранирования внутренних оболочек, и;
4. Степень, до которой внешний электрон проникает в облако заряда, созданное внутренним лежащим электроном.
В периодической таблице эффективный ядерный заряд увеличивается как вниз по группе, так и слева направо за период.
Расчеты
В атоме с одним электроном этот электрон испытывает полный заряд положительного ядра . В этом случае эффективный заряд ядра можно рассчитать по закону Кулона .
Однако в атоме с большим количеством электронов внешние электроны одновременно притягиваются к положительному ядру и отталкиваются отрицательно заряженными электронами. Эффективный заряд ядра на таком электроне определяется следующим уравнением:
куда
- Z - количество протонов в ядре ( атомный номер ), а
- S - постоянная экранирования.
S можно найти путем систематического применения различных наборов правил, простейший из которых известен как « правила Слейтера » (названный в честь Джона С. Слейтера ). Дуглас Хартри определил эффективное Z о наличии ХФ орбитального быть:
куда
- - средний радиус орбитали для водорода , а
- это средний радиус орбиты для конфигурации протона с зарядом ядра Z .
Ценности
Обновленные значения эффективных ядерных зарядов были предоставлены Clementi et al. в 1963 и 1967 годах. В их работе константы экранирования были оптимизированы для получения эффективных значений ядерного заряда, которые согласуются с расчетами SCF. Хотя полученные в результате константы скрининга полезны в качестве модели для прогнозирования, они содержат мало химического понимания в качестве качественной модели атомной структуры.
ЧАС | Он | |||||||||||||||||
Z | 1 | 2 | ||||||||||||||||
1 с | 1.000 | 1,688 | ||||||||||||||||
Ли | Быть | B | C | N | О | F | Ne | |||||||||||
Z | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||||||||||
1 с | 2,691 | 3,685 | 4,680 | 5,673 | 6,665 | 7,658 | 8,650 | 9,642 | ||||||||||
2 с | 1,279 | 1,912 | 2,576 | 3,217 | 3,847 | 4,492 | 5,128 | 5,758 | ||||||||||
2p | 2,421 | 3,136 | 3,834 | 4,453 | 5,100 | 5,758 | ||||||||||||
Na | Mg | Al | Si | п | S | Cl | Ar | |||||||||||
Z | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||
1 с | 10,626 | 11,609 | 12,591 | 13,575 | 14,558 | 15 541 | 16,524 | 17,508 | ||||||||||
2 с | 6,571 | 7,392 | 8,214 | 9,020 | 9,825 | 10,629 | 11,430 | 12,230 | ||||||||||
2p | 6,802 | 7,826 | 8,963 | 9,945 | 10,961 | 11,977 | 12,993 | 14.008 | ||||||||||
3 с | 2,507 | 3,308 | 4,117 | 4,903 | 5,642 | 6,367 | 7,068 | 7,757 | ||||||||||
3p | 4,066 | 4,285 | 4,886 | 5,482 | 6,116 | 6,764 | ||||||||||||
K | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | В качестве | Se | Br | Kr | |
Z | 19 | 20 | 21 год | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 год | 29 | 30 | 31 год | 32 | 33 | 34 | 35 год | 36 |
1 с | 18 490 | 19 473 | 20,457 | 21,441 | 22 426 | 23,414 | 24,396 | 25,381 | 26,367 | 27,353 | 28,339 | 29,325 | 30,309 | 31,294 | 32 278 | 33,262 | 34,247 | 35,232 |
2 с | 13,006 | 13,776 | 14 574 | 15,377 | 16,181 | 16,984 | 17,794 | 18,599 | 19,405 | 20,213 | 21,020 | 21 828 | 22,599 | 23,365 | 24,127 | 24,888 | 25,643 | 26,398 |
2p | 15.027 | 16,041 | 17.055 | 18,065 | 19,073 | 20,075 | 21,084 | 22,089 | 23,092 | 24,095 | 25,097 | 26,098 | 27.091 | 28,082 | 29.074 | 30,065 | 31,056 | 32,047 |
3 с | 8,680 | 9,602 | 10,340 | 11,033 | 11,709 | 12,368 | 13,018 | 13,676 | 14,322 | 14,961 | 15 594 | 16,219 | 16,996 | 17,790 | 18,596 | 19,403 | 20,219 | 21,033 |
3p | 7,726 | 8,658 | 9,406 | 10,104 | 10,785 | 11,466 | 12,109 | 12,778 | 13,435 | 14,085 | 14,731 | 15,369 | 16,204 | 17.014 | 17,850 | 18,705 | 19 571 | 20,434 |
4 с | 3,495 | 4,398 | 4,632 | 4,817 | 4,981 | 5,133 | 5,283 | 5,434 | 5,576 | 5,711 | 5,842 | 5,965 | 7,067 | 8,044 | 8,944 | 9,758 | 10,553 | 11,316 |
3d | 7,120 | 8,141 | 8,983 | 9,757 | 10,528 | 11,180 | 11,855 | 12,530 | 13.201 | 13 878 | 15.093 | 16,251 | 17 378 | 18 477 | 19,559 | 20,626 | ||
4p | 6,222 | 6,780 | 7,449 | 8,287 | 9,028 | 9,338 | ||||||||||||
Руб. | Sr | Y | Zr | Nb | Пн | Tc | RU | Rh | Pd | Ag | CD | В | Sn | Sb | Te | я | Xe | |
Z | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 год | 42 | 43 год | 44 год | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |
1 с | 36,208 | 37,191 | 38,176 | 39,159 | 40,142 | 41,126 | 42,109 | 43,092 | 44,076 | 45,059 | 46,042 | 47.026 | 48,010 | 48,992 | 49 974 | 50,957 | 51,939 | 52,922 |
2 с | 27,157 | 27,902 | 28,622 | 29 374 | 30,125 | 30,877 | 31,628 | 32,380 | 33,155 | 33,883 | 34,634 | 35,386 | 36,124 | 36,859 | 37,595 | 38,331 | 39,067 | 39,803 |
2p | 33,039 | 34,030 | 35,003 | 35,993 | 36,982 | 37,972 | 38,941 | 39,951 | 40,940 | 41,930 | 42,919 | 43,909 | 44,898 | 45,885 | 46,873 | 47 860 | 48,847 | 49,835 |
3 с | 21,843 | 22,664 | 23,552 | 24,362 | 25,172 | 25,982 | 26,792 | 27,601 | 28 439 | 29,221 | 30,031 | 30,841 | 31,631 | 32,420 | 33,209 | 33,998 | 34,787 | 35 576 |
3p | 21.303 | 22,168 | 23,093 | 23,846 | 24,616 | 25,474 | 26,384 | 27,221 | 28,154 | 29,020 | 29,809 | 30,692 | 31,521 | 32,353 | 33,184 | 34,009 | 34,841 | 35,668 |
4 с | 12,388 | 13 444 | 14,264 | 14,902 | 15 283 | 16,096 | 17,198 | 17,656 | 18,582 | 18,986 | 19 865 | 20,869 | 21,761 | 22,658 | 23 544 | 24,408 | 25,297 | 26,173 |
3d | 21 679 | 22,726 | 25,397 | 25,567 | 26,247 | 27,228 | 28,353 | 29 359 | 30,405 | 31,451 | 32,540 | 33,607 | 34,678 | 35,742 | 36,800 | 37,839 | 38.901 | 39,947 |
4p | 10,881 | 11,932 | 12,746 | 13,460 | 14,084 | 14,977 | 15,811 | 16,435 | 17,140 | 17,723 | 18 562 | 19,411 | 20,369 | 21,265 | 22,181 | 23,122 | 24,030 | 24 957 |
5 с | 4,985 | 6,071 | 6,256 | 6,446 | 5,921 | 6.106 | 7,227 | 6,485 | 6,640 | (пустой) | 6,756 | 8,192 | 9,512 | 10,629 | 11,617 | 12,538 | 13,404 | 14,218 |
4d | 15 958 | 13,072 | 11,238 | 11,392 | 12,882 | 12,813 | 13,442 | 13,618 | 14,763 | 15,877 | 16,942 | 17,970 | 18 974 | 19,960 | 20,934 | 21,893 | ||
5p | 8,470 | 9.102 | 9,995 | 10,809 | 11,612 | 12,425 |
Сравнение с ядерным зарядом
Ядерный заряд - это электрический заряд ядра атома, равный количеству протонов в ядре, умноженному на элементарный заряд . Напротив, эффективный заряд ядра - это притягивающий положительный заряд ядерных протонов, действующих на валентные электроны, который всегда меньше общего числа протонов, присутствующих в ядре, из-за эффекта экранирования .
Смотрите также
- Атомные орбитали
- Заряд ядра
- сокращение d-блока (или скандидное сокращение)
- Электроотрицательность
- Сокращение лантаноидов
- Эффект экранирования
- Орбитали слейтеровского типа
- Валентные электроны
- Слабый заряд
использованная литература
- ^ Clementi, E .; Раймонди, DL (1963). «Константы атомарного экранирования из функций SCF». J. Chem. Phys . 38 (11): 2686–2689. Bibcode : 1963JChPh..38.2686C . DOI : 10.1063 / 1.1733573 .
- ^ Clementi, E .; Раймонди, DL; Рейнхардт, WP (1967). «Константы экранирования атомов от функций SCF. II. Атомы с 37-86 электронами». Журнал химической физики . 47 : 1300–1307. Bibcode : 1967JChPh..47.1300C . DOI : 10.1063 / 1.1712084 .
- ^ https://wiki.ubc.ca/Effective_Nuclear_Charge_-_Definition_and_Trends#:~:text=Effective%20nuclear%20charge%20%E2%80%93%20the%20attractive,all%20other%20periodic%20table%20tendencies .
Ресурсы
- Браун, Теодор; LeMay, HE; И Бурстен, Брюс (2002). Химия: Центральная наука (8-е исправленное издание). Аппер-Сэдл-Ривер, Нью-Джерси, 07458: Прентис-Холл. ISBN 0-13-061142-5 .