Эффект экранирования - Shielding effect

Эффект экранирования, который иногда называют экранированием атома или экранированием электронов, описывает притяжение между электроном и ядром в любом атоме с более чем одним электроном . Эффект экранирования можно определить как уменьшение эффективного заряда ядра на электронном облаке из-за разницы в силах притяжения электронов в атоме. Это частный случай экранирования электрического поля . Этот эффект также имеет некоторое значение во многих проектах в области материаловедения.

Сила на электронную оболочку

Чем шире электронные оболочки в пространстве, тем слабее электрическое взаимодействие между электронами и ядром из-за экранирования. В общем, мы можем упорядочить электронные оболочки (s, p, d, f) как таковые

,

где S - сила экранирования, которую данная орбиталь обеспечивает остальным электронам.

Описание

В водорода , или любой другой атом в группе 1А из периодической таблицы (те , только с одним валентным электроном ), сила , действующая на электрон является столь же большим , как электромагнитного притяжения от ядра атома. Однако, когда больше электронов участвуют, каждый электрон (в п - е - оболочка ) испытывает не только электромагнитное притяжение от положительного ядра, но и силы отталкивания от других электронов в оболочках от 1 до п . Это приводит к тому, что результирующая сила, действующая на электроны во внешних оболочках, становится значительно меньшей по величине; следовательно, эти электроны не так сильно связаны с ядром, как электроны, расположенные ближе к ядру. Это явление часто называют эффектом орбитального проникновения. Теория экранирования также помогает объяснить, почему электроны валентной оболочки легче удаляются из атома.

Кроме того, существует также эффект экранирования, возникающий между подуровнями одного и того же основного энергетического уровня. Электрон на s-подуровне способен экранировать электроны на p-подуровне того же основного энергетического уровня. Это из-за сферической формы s-орбитали. Однако обратное неверно; электроны с p-орбитали не могут экранировать электроны на s-орбитали.

Величину экранирующего эффекта трудно точно рассчитать из-за эффектов квантовой механики . В качестве приближения мы можем оценить эффективный заряд ядра на каждом электроне следующим образом:

Где Z - число протонов в ядре, а - среднее число электронов между ядром и рассматриваемым электроном. можно найти с помощью квантовой химии и уравнения Шредингера или с помощью эмпирических формул Слейтера .

В спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния поправка, обусловленная экранированием электронов, изменяет кулоновское отталкивание между налетающим ионом и ядром мишени на больших расстояниях. Это эффект отталкивания, вызванный внутренним электроном на внешний электрон.

Смотрите также

использованная литература

  • Л. Браун, Теодор; Х. Юджин ЛеМэй-младший; Брюс Э. Бурстен; Джулия Р. Бердж (2003). Химия: Центральная наука (8-е изд.). США: Pearson Education. ISBN   0-13-061142-5 . Архивировано из оригинала на 2011-07-24.
  • Томас, Дэн (1997-10-09). «Экранирование электронов в атомах от H (Z = 1) до Lw (Z = 103)» . Университет Гвельфов . Проверено 12 июля 2018 .
  • Питер Аткинс и Лоретта Джонс, Химические принципы: поиски понимания [Вариации в экранирующем эффекте]