Etkili nükleer çekim

Atom fiziğinde, etkin nükleer yük, çok elektronlu bir atomda bir elektronun yaşadığı gerçek pozitif (nükleer) yük miktarıdır. "Etkili" terimi, negatif yüklü elektronların koruyucu etkisi, daha yüksek enerjili elektronların, iç katmanın itici etkisi nedeniyle çekirdeğin tam nükleer yükünü deneyimlemesini engellediği için kullanılır. Bir elektronun deneyimlediği etkin nükleer yüke çekirdek yükü de denir. Atomun oksidasyon sayısı ile nükleer yükün gücünü belirlemek mümkündür. Elementlerin fiziksel ve kimyasal özelliklerinin çoğu, elektronik konfigürasyon temelinde açıklanabilir. İyonlaşma enerjilerinin davranışını düşününperiyodik tabloda. İyonizasyon potansiyelinin büyüklüğünün aşağıdaki faktörlere bağlı olduğu bilinmektedir:

atomun boyutu;
nükleer yük;
İç kabukların eleme etkisi ve
En dıştaki elektronun, içteki elektron tarafından kurulan yük bulutuna nüfuz etme derecesi.

Periyodik tabloda, etkin nükleer yük, bir periyot boyunca hem bir grupta aşağı hem de soldan sağa artar.

İçindekiler

1Tanım
2hesaplamalar
- 2.1Slater'ın kuralları
- 2.2Hartree–Fock yöntemi
3değerler
4nükleer yük ile karşılaştırma
5Ayrıca bakınız
6Referanslar
7Kaynaklar

Açıklama

Bir atomun etkin atom numarası Z _eff (bazen etkin nükleer yük olarak da adlandırılır), iç kabuk elektronları tarafından taranması nedeniyle elementteki bir elektronun etkin bir şekilde 'gördüğü' proton sayısıdır . Atomdaki negatif yüklü elektronlar ile pozitif yüklü protonlar arasındaki elektrostatik etkileşimin bir ölçüsüdür. Bir atomdaki elektronları, çekirdeğin dışındaki enerji tarafından 'yığılmış' olarak görebiliriz; en düşük enerjili elektronlar (1s ve 2s elektronları gibi) çekirdeğe en yakın alanı işgal eder ve daha yüksek enerjili elektronlar çekirdekten daha uzakta bulunur.

Bir elektronun bağlanma enerjisi veya elektronu atomdan çıkarmak için gereken enerji, negatif yüklü elektronlar ile pozitif yüklü çekirdek arasındaki elektrostatik etkileşimin bir fonksiyonudur. Atom numarası 26 olan demirde, örneğin çekirdek 26 proton içerir. Çekirdeğe en yakın olan elektronlar neredeyse hepsini 'görecek'. Bununla birlikte, daha uzaktaki elektronlar, aradaki diğer elektronlar tarafından çekirdekten taranır ve sonuç olarak daha az elektrostatik etkileşim hissederler. 1s elektronu(çekirdeğe en yakın olan) 25 etkin atom numarası (proton sayısı) görür. Bunun 26 olmamasının nedeni, atomdaki bazı elektronların diğerlerini itmesi ve net bir düşük elektrostatik vermesidir. çekirdek ile etkileşim. Bu etkiyi tasavvur etmenin bir yolu, çekirdekteki 26 protonun bir tarafında 1s elektronunun oturduğunu, diğer tarafında başka bir elektronun oturduğunu hayal etmektir; diğer elektron bir itme kuvvetine katkıda bulunduğundan, her elektron 26 protonun çekici kuvvetinden daha az hissedecektir. Çekirdekten en uzak olan demirdeki 4s elektronları, aralarındaki 25 elektron ve yükü perdeleyen çekirdek nedeniyle sadece 5,43'lük etkin bir atom numarası hissederler.

Etkili atom numaraları, yalnızca çekirdekten uzaktaki elektronların, çekirdeğe daha yakın olanlardan çok daha zayıf bağlı olduklarını anlamada değil, aynı zamanda bize diğer özellikleri ve etkileşimleri hesaplamak için basitleştirilmiş yöntemleri ne zaman kullanmamız gerektiğini söyleyebildikleri için de yararlıdır. Örneğin, atom numarası 3 olan lityumun 1s kabuğunda iki elektronu ve 2s kabuğunda bir elektronu vardır. İki 1s elektronu, 1'e yakın 2s elektronu için etkili bir atom numarası vermek üzere protonları taradığından, bu 2s değerlik elektronunu bir hidrojenik modelle ele alabiliriz.

Matematiksel olarak, etkin atom numarası Z _{eff, "} kendinden tutarlı alan " hesaplamaları olarak bilinen yöntemler kullanılarak hesaplanabilir, ancak basitleştirilmiş durumlarda, atom numarası eksi çekirdek ve ele alınan elektron arasındaki elektron sayısı olarak alınır.

Hesaplamalar

Tek elektronlu bir atomda, bu elektron pozitif çekirdeğin tam yükünü yaşar . Bu durumda etkin nükleer yük Coulomb yasası ile hesaplanabilir .

Bununla birlikte, çok elektronlu bir atomda, dış elektronlar aynı anda pozitif çekirdeğe çekilir ve negatif yüklü elektronlar tarafından itilir. Böyle bir elektron üzerindeki etkin nükleer yük, aşağıdaki denklemle verilir:

nerede

Z, çekirdekteki proton sayısıdır (atom numarası ) ve
S, ekranlama sabitidir.

S, çeşitli kural kümelerinin sistematik olarak uygulanmasıyla bulunabilir.

Slater'ın kuralları [ değiştir ]

Ana madde: Slater'ın kuralları

Belirli bir elektron için koruma sabitini belirlemenin en basit yöntemi, " Slater kurallarının " (John C. Slater'den sonra adlandırılmıştır ) kullanılmasıdır. Bu cebirsel kurallar, ab initio hesaplamasını kullanarak koruma sabitlerini bulmaktan çok daha basittir .

Hartree–Fock yöntemi [ düzenle ]

Ayrıca bakınız: Hartree–Fock yöntemi

Daha teorik olarak doğrulanmış bir yöntem, Hartree-Fock yöntemini kullanarak koruma sabitini hesaplamaktır . Douglas Hartree, bir Hartree-Fock yörüngesinin etkin Z'sini şu şekilde tanımladı :

nerede

hidrojen için yörüngenin ortalama yarıçapıdır ve
nükleer yük Z olan bir proton konfigürasyonu için yörüngenin ortalama yarıçapıdır .

Değerler

Güncellenmiş etkin nükleer yük değerleri Clementi ve ark. 1963 ve 1967'de. Çalışmalarında, SCF hesaplamalarıyla uyumlu etkili nükleer yük değerleri üretmek için tarama sabitleri optimize edildi. Öngörücü bir model olarak faydalı olsa da, elde edilen tarama sabitleri, nitel bir atomik yapı modeli olarak çok az kimyasal içgörü içerir.

**Etkili Nükleer Yükler**
	H																	O
İTİBAREN	1																	2
1s	1.000																	1.688
	O	olmak											B	C	N	Ö	F	Ne
İTİBAREN	3	4											5	6	7	8	9	10
1s	2.691	3.685											4.680	5.673	6.665	7.658	8.650	9.642
2s	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
	Çoktan	Mg											Al	Ve	P	S	Cl	İle birlikte
İTİBAREN	11	12											13	14	15	16	17	18
1s	10.626	11.609											12.591	13.575	14.558	15.541	16.524	17.508
2s	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
3s	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	O	sc	Nın-nin	İÇİNDE	cr	Mn	Fe	ortak	İçinde	İle birlikte	çinko	Burada	Ge	Olarak	Gör	Br	NOK
İTİBAREN	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36
1s	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
2s	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
3s	8.680	9.602	10.340	11.033	11.709	12.368	13.018	13.676	14.322	14.961	15.863	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
4s	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
3 boyutlu			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
	Rb	Bay	Y	Zr	not	ay	Tc	Ru	Rh	PD	saat	CD	İçinde	Sn	Sb	bu	ben	Araba
İTİBAREN	37	38	39	40	41	42	43	44	45	46	47	48	49	50	51	52	53	54
1s	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
2s	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
3s	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
4s	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
3 boyutlu	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
5s	4.985	6.071	6.256	6.446	5.921	6.106	7.227	6.485	6.640	(boş)	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
17:00													8.470	9.102	9.995	10.809	11.612	12.425

Nükleer yük ile karşılaştırma [ değiştir ]

Nükleer yük, bir atomun çekirdeğinin elektrik yükü olup, çekirdekteki proton sayısı ile temel yükün çarpımına eşittir . Buna karşılık, etkili nükleer yük, değerlik elektronları üzerinde etkili olan nükleer protonların çekici pozitif yüküdür; bu, koruyucu etki nedeniyle çekirdekte bulunan toplam proton sayısından her zaman daha azdır .

Ayrıca bakınız

atomik yörüngeler
çekirdek şarj
d-blok kasılması (veya skandid kasılması)
elektronegatiflik
lantanit kasılma
Koruma etkisi
Slater tipi yörüngeler
değerlik elektronları
Zayıf şarj

Kaynaklar

Brown, Theodore; intekhab khan, HE; & Bursten, Bruce (2002). Kimya: Merkez Bilim (8. gözden geçirilmiş baskı). Upper Saddle River, New Jersey 07458: Prentice-Hall. ISBN 0-13-06142-5 .