Door Rosann Kozlowski
6 juni 2023 23:44 uurEST

AndreaObzerova/iStock/GettyImages

De effectieve nucleaire lading is de netto positieve lading die wordt ervaren door de valentie-elektronen van een multi-elektronenatoom, rekening houdend met het afschermende effect van de binnenste elektronen. Over een bepaalde periode neemt de lading toe, terwijl deze binnen een groep doorgaans afneemt.

Efficiënte nucleaire ladingsformule

Voor een enkel elektron wordt de relatie uitgedrukt als:

\(Z_{eff} =Z – S\)

• Z – het atoomnummer (totaal aantal protonen in de kern)
• S – de afschermingsconstante, die de gemiddelde elektronendichtheid vertegenwoordigt die de nucleaire aantrekkingskracht vermindert
• Z_eff – de effectieve nucleaire lading die het elektron voelt

Effectieve nucleaire lading berekenen

Bepalen van Z en S vereist een duidelijk begrip van de elektronenconfiguratie en de toepassing van de regels van Slater om de afscherming te kwantificeren. Hieronder vindt u een praktische, stap-voor-stap procedure.

Stap 1:Identificeer het atoomnummer (Z)

Zoek het element op een periodiek systeem om het atoomnummer te verkrijgen. Natrium (Na) heeft bijvoorbeeld een atoomnummer van 11.

Stap 2:Schrijf de elektronenconfiguratie

Druk de configuratie uit met behulp van de standaard groeperingsvolgorde:\\((1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f) …\\

Voor natrium:

\(\text{Na:} (1s^2)(2s^2,2p^6)(3s^1)\)

Hier geeft het superscript het aantal elektronen in elke subschil aan. Het valentie-elektron van belang is het enkele 3s-elektron.

Stap 3:Wijs afschermingswaarden toe met behulp van de regels van Slater

• Elektronen rechts van het betreffende elektron dragen 0 bij aan de afscherming.
• Elektronen in dezelfde groep (hetzelfde hoofdkwantumgetal en hetzelfde subshell-type) dragen elk 0,35 bij.
• Voor s- of p-elektronen van belang:
• Elektronen één schil lager dragen elk 0,85 bij.
• Elektronen twee of meer schillen hieronder dragen elk 1,00 bij.
• Voor d- of f-elektronen die van belang zijn, dragen alle andere elektronen elk 1,00 bij.

Als we dit toepassen op het 3s-elektron van natrium:

• Rechterkant:0
• Dezelfde groep (geen):0
• Schel 2 (8 elektronen):8 × 0,85 =6,80
• Schel 1 (2 elektronen):2 × 1,00 =2,00
• Shell 3 (geen):0

Som van afschermingsconstanten:8,80 .

Stap 4:Bereken Z_eff

Voer de waarden in de formule in:

\(Z_{eff} =11 – 8,80 =2,20\)

De effectieve nucleaire lading die op het valentie-elektron van natrium inwerkt, is dus 2,20. Deze waarde kan worden gebruikt om ionisatie-energieën, atoomstralen en andere elektronische eigenschappen te voorspellen.

De methode toepassen op andere elementen

Dezelfde procedure werkt voor kationen, anionen en elk element waarvan de elektronenconfiguratie bekend is. Het nauwkeurig registreren van het aantal protonen en elektronen zorgt voor een betrouwbare schatting van de effectieve kernlading.