가리움 효과 (Zef)는 이후에 전자의 모든 핵을 발휘하는 차폐의 침투 효과에 의해 감소되는 것을 흡인력이다. 그러한 효과가 없다면 전자는 실제 핵 전하 Z의 인력을 느낄 것입니다.
아래 이미지에는 가상의 원자에 대한 Bohr 원자 모델이 있습니다. 그것의 핵은 핵 전하 Z = + n을 가지고 있으며, 이는 주위를 도는 전자 (파란색 원)를 끌어 당깁니다. 두 개의 전자가 핵에 더 가까운 궤도에 있고 세 번째 전자는 더 멀리 떨어져 있음을 알 수 있습니다.
세 번째 전자는 다른 두 전자의 정전 기적 반발을 느끼며 궤도를 돌기 때문에 핵은 더 적은 힘으로 끌어 당깁니다. 즉, 핵-전자 상호 작용은 처음 두 전자의 차폐의 결과로 감소합니다.
따라서 처음 두 전자는 + n 전하의 인력을 느끼지만 세 번째 전자는 대신 + (n-2)의 효과적인 핵 전하를 경험합니다.
그러나이 Zef는 모든 전자의 핵까지의 거리 (반경)가 항상 일정하고 명확하여 음전하 (-1)를 찾는 경우에만 유효합니다.
개념
양성자는 화학 원소의 핵을 정의하고 전자는 일련의 특성 (주기율표 그룹) 내에서 정체성을 정의합니다.
양성자는 원자를 안정화하기 위해 새로운 전자를 추가함으로써 보상되는 n + 1의 속도로 핵 전하 Z를 증가시킵니다.
양성자의 수가 증가함에 따라 핵은 전자의 동적 구름에 의해 "덮여"되며, 여기서 순환하는 영역은 파동 함수의 방사형 및 각도 부분의 확률 분포에 의해 정의됩니다 ( 궤도).
이 접근 방식에서 전자는 핵 주변의 정의 된 공간 영역에서 궤도를 도는 것이 아니라 빠르게 회전하는 팬의 블레이드처럼 알려진 s, p, d 및 f 궤도의 모양으로 흐려집니다.
이러한 이유로 전자의 음전하 -1은 궤도가 관통하는 영역에 의해 분포됩니다. 관통 효과가 클수록 전자가 궤도에서 경험할 유효 핵 전하가 커집니다.
침투 및 차폐 효과
위의 설명에 따르면, 내부 쉘의 전자는 외부 쉘의 전자의 안정화 반발에 -1의 전하를 제공하지 않습니다.
그러나이 커널 (이전에 전자로 채워진 껍질)은 핵의 인력이 외부 전자에 도달하는 것을 방지하는 "벽"역할을합니다.
이를 화면 효과 또는 차폐 효과라고합니다. 또한 외부 껍질의 모든 전자가 동일한 크기의이 효과를 경험하는 것은 아닙니다. 예를 들어, 관통하는 특성이 높은 (즉, 핵 및 기타 궤도에 매우 가깝게 이동하는) 궤도를 점유하면 더 높은 Zef를 느낄 것입니다.
결과적으로 궤도에 대한 Zef의 함수로 에너지 안정성 순서가 발생합니다.
이것은 2p 궤도가 2s 궤도보다 더 높은 에너지 (핵의 전하에 의해 덜 안정화 됨)를 갖는다는 것을 의미합니다.
궤도에 의해 가해지는 침투 효과가 낮을수록 나머지 외부 전자에 대한 스크린 효과가 적습니다. d 및 f 궤도는 핵이 다른 전자를 끌어 당기는 많은 구멍 (노드)을 보여줍니다.
그것을 계산하는 방법?
음전하가 국부적이라고 가정하면 전자에 대한 Zef를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.
Zef = Z-σ
이 공식에서 σ는 커널의 전자에 의해 결정되는 차폐 상수입니다. 이론적으로 가장 바깥 쪽 전자는 내부 전자의 차폐에 기여하지 않기 때문입니다. 즉, 1s 2 는 2s 1 전자를 차폐 하지만 2s 1 은 1s 2 전자를 Z 차폐하지 않습니다 .
Z = 40이고 언급 된 효과를 무시하면 마지막 전자는 1 (40-39)과 같은 Zef를 경험합니다.
슬레이터의 규칙
슬레이터의 법칙은 원자의 전자에 대한 Zef 값의 좋은 근사치입니다. 적용하려면 아래 단계를 따르십시오.
1- 원자 (또는 이온)의 전자 구성은 다음과 같이 작성해야합니다.
(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f)…
2- 고려되는 전자의 오른쪽에있는 전자는 차폐 효과에 기여하지 않습니다.
3- 같은 그룹 내에있는 전자 (괄호로 표시됨)는 1s 그룹이 아닌 한 0.35 전자의 전하를 제공하며 대신 0.30입니다.
4- 전자가 sop 궤도를 차지하면 모든 n-1 궤도는 0.85에 기여하고 모든 n-2 궤도는 1 단위에 기여합니다.
5- 전자가 dof 궤도를 차지하는 경우 왼쪽에있는 모든 전자가 하나의 단위에 기여합니다.
예
2s 궤도의 전자에 대한 Zef 결정
Slater의 표현 모드에 따라 Be (Z = 4)의 전자 구성은 다음과 같습니다.
(1s 2 ) (2s 2 2p 0 )
궤도에 두 개의 전자가 있기 때문에 이들 중 하나는 다른 하나의 차폐에 기여하고 1s 궤도는 2s 궤도의 n-1입니다. 그런 다음 대수 합계를 개발하면 다음과 같습니다.
(0.35) (1) + (0.85) (2) = 2.05
0.35는 2s 전자에서, 0.85는 두 1s 전자에서 나왔습니다. 이제 Zef의 공식을 적용합니다.
Zef = 4-2.05 = 1.95
이것은 무엇을 의미 하는가? 이는 2s 2 궤도의 전자 가 +4의 실제 전하 대신 핵을 향해 끌어 당기는 +1.95의 전하를 경험 한다는 것을 의미합니다 .
3p 궤도의 전자에 대한 Zef 결정
다시 말하지만, 이전 예제에서와 같이 계속됩니다.
(1s 2 ) (2s 2 2p 6 ) (3s 2 3p 3 )
이제 σ를 결정하기 위해 대수 합계가 개발됩니다.
(, 35) (4) + (0.85) (8) + (1) (2) = 10.2
따라서 Zef는 σ와 Z의 차이입니다.
Zef = 15-10.2 = 4.8
결론적으로 마지막 3p 3 전자 는 실제 전자 보다 3 배 더 강한 전하를 경험합니다. 또한이 규칙에 따라 3s 2 전자 는 동일한 Zef를 경험하므로 이와 관련하여 의문을 제기 할 수 있습니다.
그러나 계산 된 값을 실제 값으로 근사화하는 데 도움이되는 Slater의 규칙이 수정되었습니다.
참고 문헌
- 화학 Libretexts. (2016, 10 월 22 일). 효과적인 핵 충전. 출처 : chem.libretexts.org
- Shiver & Atkins. (2008). 무기 화학. 그룹 1의 요소 (제 4 판, 페이지 19, 25, 26 및 30). Mc Graw Hill.
- 슬레이터의 규칙. 출처 : intro.chem.okstate.edu
- 루멘. 차폐 효과와 효과적인 핵 전하. 출처 : course.lumenlearning.com
- 호크, 크리스. (2018 년 4 월 23 일). 효과적인 핵 전하를 계산하는 방법. 과학. 출처 : sciencing.com
- Arlene Courtney 박사. (2008). 주기적 추세. 웨스턴 오레곤 대학교. 출처 : wou.edu