的有效核电荷(ZEF)是有吸引力的力被降低了屏蔽和渗透的影响后在任何的电子的核施加。如果没有这种影响,电子将感受到实际核电荷Z的吸引力。
在下图中,我们有一个虚拟原子的玻尔原子模型。它的原子核有一个核电荷Z = + n,它吸引绕其旋转的电子(蓝色圆圈)。可以看出,两个电子在更靠近原子核的轨道上,而第三个电子离原子核更远。
第三个电子轨道感觉到另外两个电子的静电排斥,因此原子核以较小的力吸引了它。即,由于前两个电子的屏蔽,核-电子相互作用降低。
因此,前两个电子感受到+ n电荷的吸引力,但第三个电子却经历了+(n-2)的有效核电荷。
但是,只有到所有电子的原子核的距离(半径)始终是恒定的并且确定其负电荷(-1)时,该Zef才有效。
概念
质子定义化学元素的核,电子定义一组特征(元素周期表中的各组)内的身份。
质子以n +1的速率增加核电荷Z,这可以通过添加新的电子来稳定原子来补偿。
随着质子数量的增加,原子核被电子的动态云“覆盖”,其中电子循环的区域由波函数的径向和角部分的概率分布定义(轨道)。
通过这种方法,电子不会在原子核周围的特定空间区域内运行,而是像快速旋转的风扇的叶片一样,它们模糊成已知的s,p,d和f轨道的形状。
因此,电子的负电荷-1通过轨道穿透的区域分布;电子的负电荷-1分布在轨道穿透的区域。穿透效果越大,所述电子在轨道上将经受的有效核电荷越大。
渗透和屏蔽效果
根据以上解释,内壳中的电子不会为外壳中电子的稳定排斥贡献-1的电荷。
但是,该内核(先前由电子填充的壳)充当“壁”,可防止原子核的吸引力到达外部电子。
这就是所谓的屏幕效果或屏蔽效果。同样,并非所有外壳中的电子都具有相同大小的这种效应。例如,如果您占据一个具有高穿透性的轨道(即,过渡非常靠近原子核和其他轨道),那么您会感觉到更高的Zef。
结果,根据这些Zef的轨道,出现了能量稳定性的阶次:s
这意味着2p轨道比2s轨道具有更高的能量(较少受原子核电荷稳定)。
轨道施加的穿透效应越差,其对其余外部电子的屏蔽效应就越小。d和f轨道显示出许多空穴(节点),其中原子核吸引了其他电子。
如何计算呢?
假设负电荷是局部的,则计算任何电子的Zef的公式为:
Zef = Z-σ
在该公式中,σ是由核的电子确定的屏蔽常数。这是因为,从理论上讲,最外面的电子对内部电子的屏蔽没有贡献。换句话说,1s 2屏蔽2s 1电子,但是2s 1不Z屏蔽1s 2电子。
如果Z = 40,而忽略了上述效应,那么最后一个电子将经历一个等于1(40-39)的Zef。
斯莱特的法则
斯拉特定律是原子中电子的Zef值的良好近似值。要应用它,请按照以下步骤操作:
1-原子(或离子)的电子构型应写为:
(1s)(2s 2p)(3s 3p)(3d)(4s 4p)(4d)(4f)…
2-在所考虑的那个电子的右边的电子不会起到屏蔽作用。
3-在同一基团(用括号标记)内的电子为电子提供0.35的电荷,除非它是1s基团,否则为0.30。
4-如果电子占据一个sop轨道,则所有n-1个轨道贡献0.85,所有n-2轨道一个单位。
5-如果电子占据自由度轨道,则其左侧的所有电子贡献一个单位。
例子
确定2s轨道中电子的Zef
按照Slater的表示方式,Be(Z = 4)的电子结构为:
(1 秒2)(2秒2 2p 0)
由于在轨道上有两个电子,所以其中一个有助于另一个的屏蔽,1s轨道是2s轨道的n-1。然后,开发代数和,我们有以下内容:
(0.35)(1)+(0.85)(2)= 2.05
0.35来自2s电子,而0.85来自两个1s电子。现在,应用Zef的公式:
Zef = 4-2.05 = 1.95
这是什么意思?这意味着2s 2轨道中的电子经历的+1.95电荷将其吸引到原子核,而不是+4的实际电荷。
确定3p轨道中电子的Zef
同样,它继续如上例所示:
(1s 2)(2s 2 2p 6)(3s 2 3p 3)
现在,开发出代数和以确定σ:
(,35)(4)+(0.85)(8)+(1)(2)= 10.2
因此,Zef是σ与Z之差:
Zef = 15-10.2 = 4.8
总之,最后3p 3个电子的电荷强度比真实电子弱三倍。还应注意,根据此规则,3s 2电子经历相同的Zef,这一结果可能会引起人们对此方面的怀疑。
但是,对Slater规则进行了一些修改,以帮助将计算出的值近似为实际值。
参考文献
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