CAJ NUKLEAR YANG BERKESAN: KONSEP, CARA MENGIRA DAN CONTOHNYA - KIMIA - 2026

The caj nuklear berkesan (Zef) adalah daya menarik yang mengenakan nukleus di mana-mana elektron selepas dikurangkan oleh kesan melindungi dan penembusan. Sekiranya tidak ada kesan seperti itu, elektron akan merasakan daya tarikan muatan nuklear Z yang menarik.

Pada gambar bawah kita mempunyai model atom Bohr untuk atom rekaan. Nukleusnya mempunyai muatan nuklear Z = + n, yang menarik elektron yang mengorbit di sekelilingnya (bulatan biru). Dapat dilihat bahawa dua elektron berada di orbit lebih dekat dengan nukleus, sementara elektron ketiga terletak lebih jauh daripadanya.

Elektron ketiga mengorbit merasakan tolakan elektrostatik dua elektron yang lain, jadi inti menariknya dengan daya yang kurang; iaitu, interaksi nukleus-elektron menurun akibat pelindung dua elektron pertama.

Oleh itu, dua elektron pertama merasakan daya tarikan cas + n yang menarik, tetapi yang ketiga mengalami cas nuklear + (n-2) yang berkesan.

Walau bagaimanapun, Zef ini hanya berlaku jika jarak (jejari) ke nukleus semua elektron sentiasa tetap dan pasti, menentukan cas negatifnya (-1).

Konsep

Proton menentukan inti unsur kimia, dan elektron menentukan identiti mereka dalam satu set ciri (kumpulan jadual berkala).

Proton meningkatkan muatan nuklear Z pada kadar n + 1, yang dikompensasikan dengan penambahan elektron baru untuk menstabilkan atom.

Apabila bilangan proton meningkat, nukleus menjadi "tertutup" oleh awan elektron yang dinamik, di mana kawasan di mana mereka beredar ditentukan oleh taburan kebarangkalian bahagian radial dan sudut fungsi gelombang ( orbital).

Dari pendekatan ini, elektron tidak mengorbit di kawasan ruang yang ditentukan di sekitar nukleus, melainkan, seperti bilah kipas yang cepat berputar, mereka mengaburkan bentuk orbital s, p, d dan f yang diketahui.

Atas sebab ini, cas negatif -1 suatu elektron diedarkan oleh kawasan-kawasan yang menembusi orbital; semakin besar kesan penembusannya, semakin besar muatan nuklear berkesan yang akan dialami oleh elektron tersebut di orbit.

Kesan penembusan dan pelindung

Menurut penjelasan di atas, elektron dalam cengkerang dalam tidak menyumbang muatan -1 terhadap penolakan penolakan elektron di cengkerang luar.

Walau bagaimanapun, kernel ini (cengkerang yang sebelumnya diisi oleh elektron) berfungsi sebagai "dinding" yang menghalang daya tarikan nukleus yang menarik dari mencapai elektron luar.

Ini dikenali sebagai kesan skrin atau kesan pelindung. Juga, tidak semua elektron dalam cengkerang luar mengalami magnitud kesan yang sama; sebagai contoh, jika anda menggunakan orbit yang mempunyai watak menembus tinggi (iaitu, yang sangat dekat dengan inti dan orbital lain), maka anda akan merasakan Zef yang lebih tinggi.

Akibatnya, susunan kestabilan tenaga muncul sebagai fungsi Zef ini untuk orbital: s

Ini bermaksud bahawa orbit 2p mempunyai tenaga yang lebih tinggi (kurang stabil oleh cas inti) daripada orbit 2s.

Semakin lemah kesan penembusan yang dilakukan oleh orbit, semakin kurang kesan skrinnya pada elektron luaran yang lain. Orbital d dan f menunjukkan banyak lubang (nod) di mana nukleus menarik elektron lain.

Bagaimana mengira?

Dengan andaian cas negatif dilokalisasikan, formula untuk mengira Zef untuk sebarang elektron adalah:

Zef = Z - σ

Dalam formula ini σ adalah pemalar pelindung yang ditentukan oleh elektron kernel. Ini kerana, secara teorinya, elektron terluar tidak menyumbang kepada pelindung elektron dalaman. Dengan kata lain, 1s ² melindungi elektron 2s ¹ , tetapi 2s ¹ tidak Z melindungi elektron 1s ² .

Sekiranya Z = 40, mengabaikan kesan yang disebutkan, maka elektron terakhir akan mengalami Zef sama dengan 1 (40-39).

Peraturan Slater

Peraturan Slater adalah penghampiran nilai Zef yang baik untuk elektron dalam atom. Untuk menerapkannya, ikuti langkah-langkah di bawah:

1- Konfigurasi elektronik atom (atau ion) hendaklah ditulis seperti berikut:

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

2- Elektron yang berada di sebelah kanan yang dipertimbangkan tidak menyumbang kepada kesan pelindung.

3- Elektron yang berada dalam kumpulan yang sama (ditandakan dengan tanda kurung) memberikan 0.35 cas elektron kecuali jika itu adalah kumpulan 1s, sebagai 0.30 sebagai gantinya.

4- Jika elektron menduduki orbit sop, maka semua orbital n-1 menyumbang 0.85, dan semua orbital n-2 satu unit.

5- Sekiranya elektron menduduki orbit dof, semua yang berada di sebelah kiri menyumbang satu unit.

Contoh

Tentukan Zef bagi elektron pada orbit 2s

Mengikuti mod perwakilan Slater, konfigurasi elektronik Be (Z = 4) adalah:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁰ )

Oleh kerana terdapat dua elektron di orbit, salah satunya menyumbang kepada pelindung yang lain, dan orbit 1s adalah n-1 dari orbit 2s. Kemudian, mengembangkan jumlah algebra kita mempunyai yang berikut:

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

0,35 berasal dari elektron 2s, dan 0,85 dari elektron 2s. Sekarang, gunakan formula Zef:

Zef = 4 - 2.05 = 1.95

Apakah maksud ini? Ini bermaksud bahawa elektron dalam orbit 2s ² mengalami cas +1.95 yang menariknya ke arah nukleus, bukannya cas sebenar +4.

Tentukan Zef bagi elektron dalam orbit 3p

Sekali lagi, ia berterusan seperti contoh sebelumnya:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁶ ) (3s ² 3p ³ )

Sekarang jumlah algebra dikembangkan untuk menentukan σ:

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

Jadi, Zef adalah perbezaan antara σ dan Z:

Zef = 15-10.2 = 4.8

Kesimpulannya, elektron 3p ³ terakhir mengalami cas tiga kali kurang kuat daripada yang sebenar. Perlu juga diperhatikan bahawa, menurut peraturan ini, elektron 3s ² mengalami Zef yang sama, hasil yang dapat menimbulkan keraguan dalam hal ini.

Walau bagaimanapun, terdapat pengubahsuaian pada peraturan Slater yang membantu menghitung nilai yang dikira dengan yang sebenarnya.

Rujukan

1. Libreteks Kimia. (2016, 22 Oktober). Caj Nuklear Berkesan. Diambil dari: chem.libretexts.org
2. Shiver & Atkins. (2008). Kimia bukan organik. Dalam elemen kumpulan 1. (Edisi keempat., Halaman 19, 25, 26 dan 30). Bukit Mc Graw.
3. Peraturan Slater. Diambil dari: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Kesan Perlindungan dan Nuklear Berkesan. Diambil dari :ursus.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (23 April 2018). Cara Mengira Nuklear Berkesan. Ilmu Pengetahuan. Diambil dari: sciencing.com
6. Arlene Courtney. (2008). Trend Berkala. Universiti Oregon Barat. Diambil dari: wou.edu