Efekt ekranowania

W chemii efekt ekranowania określany czasami jako ekranowanie atomów lub ekranowanie elektronów opisuje przyciąganie między elektronem a jądrem w dowolnym atomie z więcej niż jednym elektronem . Efekt ekranowania można zdefiniować jako zmniejszenie efektywnego ładunku jądrowego na chmurze elektronów z powodu różnicy sił przyciągania elektronów w atomie. Jest to szczególny przypadek ekranowania pola elektrycznego . Efekt ten ma również pewne znaczenie w wielu projektach z zakresu nauk o materiałach.

Siła na powłokę elektronową

Im szersze są powłoki elektronowe w przestrzeni, tym słabsze jest oddziaływanie elektryczne między elektronami a jądrem w wyniku ekranowania. Ogólnie możemy uporządkować powłoki elektronowe (s,p,d,f) jako takie

{\ Displaystyle S (\ operatorname {s})> S (\ operatorname {p})> S (\ operatorname {d})> S(\mathrm {f} ),}

gdzie S jest siłą ekranowania, jaką dany orbital zapewnia pozostałym elektronom.

Opis

W wodorze lub jakimkolwiek innym atomie z grupy 1A układu okresowego pierwiastków (mający tylko jeden elektron walencyjny ) siła działająca na elektron jest tak duża, jak przyciąganie elektromagnetyczne z jądra atomu. Jednak gdy zaangażowanych jest więcej elektronów, każdy elektron (na n - ^tej powłoce ) podlega nie tylko przyciąganiu elektromagnetycznemu dodatniego jądra, ale także siłom odpychania innych elektronów na powłokach od 1 do n . Powoduje to, że siła wypadkowa działająca na elektrony w powłokach zewnętrznych jest znacznie mniejsza; dlatego te elektrony nie są tak silnie związane z jądrem, jak elektrony bliżej jądra. Zjawisko to jest często określane jako efekt penetracji orbitalnej. Teoria ekranowania również przyczynia się do wyjaśnienia, dlaczego z powłoki walencyjnej są łatwiej usuwane z atomu.

Dodatkowo istnieje również efekt ekranowania, który występuje między podpoziomami w ramach tego samego głównego poziomu energii. Elektron na podpoziomie s jest w stanie osłaniać elektrony na podpoziomie p tego samego głównego poziomu energetycznego. Wynika to z kulistego kształtu s-orbitalu. Jednak sytuacja odwrotna nie jest prawdą: elektrony z orbitalu p nie mogą osłaniać elektronów na orbicie s.

Wielkość efektu ekranowania jest trudna do dokładnego obliczenia ze względu na efekty mechaniki kwantowej . W przybliżeniu możemy oszacować efektywny ładunek jądrowy każdego elektronu w następujący sposób:

{\ Displaystyle Z _ {\ operatorname {eff}} = Z- \ sigma \,}

Gdzie Z to liczba protonów w jądrze $a$ to średnia liczba elektronów między jądrem a danym elektronem. ${\ displaystyle \ sigma \,}$ można znaleźć za pomocą chemii kwantowej i równania Schrödingera lub za pomocą wzorów empirycznych Slatera .

W spektroskopii rozpraszania wstecznego Rutherforda poprawka spowodowana ekranowaniem elektronów modyfikuje odpychanie kulombowskie między padającym jonem a docelowym jądrem na dużych odległościach. Jest to efekt odpychania wywołany przez wewnętrzny elektron na zewnętrznym elektronie.

Zobacz też

L. Brown, Teodor; H. Eugene LeMay Jr; Bruce'a E. Burstena; Julia R. Burdge (2003). Chemia: The Central Science (wyd. 8). USA: Edukacja Pearson. ISBN 0-13-061142-5 . Zarchiwizowane od oryginału w dniu 2011-07-24.
Thomas, Dan (1997-10-09). „Ekranowanie elektronów w atomach od H (Z=1) do Lw (Z=103)” . Uniwersytet w Guelph . Źródło 2018-07-12 .
Peter Atkins i Loretta Jones, Zasady chemiczne: poszukiwanie wglądu [Różne efekty ekranowania]