Skuteczna jądrowa opłata za potas: co składa się (z przykładami)

Efektywny ładunek potasu jądrowego wynosi +1. Efektywny ładunek jądrowy to całkowity ładunek dodatni, który elektron należy do atomu z więcej niż jednym elektronem. Termin „skuteczny” opisuje efekt ekranowania wywierany przez elektrony w pobliżu jądra, z jego ładunku ujemnego, w celu ochrony elektronów przed orbitałami wyższymi.

Ta właściwość ma bezpośredni związek z innymi cechami elementów, takimi jak ich wymiary atomowe lub ich skłonność do tworzenia jonów. W ten sposób pojęcie efektywnego ładunku jądrowego zapewnia lepsze zrozumienie konsekwencji ochrony występującej w okresowych właściwościach pierwiastków.

Ponadto, w atomach, które mają więcej niż jeden elektron - to znaczy w atomach polielektronicznych - istnienie osłony elektronów powoduje zmniejszenie sił przyciągania elektrostatycznego między protonami (cząstkami dodatnio naładowanymi) jądra atomu i elektrony na zewnętrznych poziomach.

W przeciwieństwie do tego, siła, z jaką elektrony odpychają atomy uważane za polielektroniczne, przeciwdziała efektom sił przyciągających wywieranych przez jądro na te cząstki o przeciwnym ładunku.

Jaki jest efektywny ładunek nuklearny?

Kiedy jest to atom, który ma tylko jeden elektron (typ wodoru), ten pojedynczy elektron postrzega dodatni ładunek netto jądra. Z drugiej strony, gdy atom ma więcej niż jeden elektron, doświadczane jest przyciąganie wszystkich zewnętrznych elektronów w kierunku jądra, a jednocześnie odpychanie między tymi elektronami.

Ogólnie rzecz biorąc, mówi się, że im większy efektywny ładunek jądrowy pierwiastka, tym większe siły przyciągania między elektronami a jądrem.

W ten sam sposób, im większy jest ten efekt, tym niższa jest energia należąca do orbitalu, w którym znajdują się te zewnętrzne elektrony.

Dla większości elementów grupy głównej (nazywanych również elementami reprezentatywnymi) ta właściwość wzrasta od lewej do prawej, ale maleje od góry do dołu w układzie okresowym.

Aby obliczyć wartość efektywnego ładunku jądrowego elektronu (Z _eff lub Z *), zastosowano następujące równanie zaproponowane przez Slatera:

Z * = Z - S

Z * odnosi się do efektywnego ładunku jądrowego.

Z jest liczbą protonów obecnych w jądrze atomu (lub liczbie atomowej).

S jest średnią liczbą elektronów, które znajdują się między jądrem a elektronem, który jest badany (liczba elektronów, które nie są wartościowością).

Efektywny ładunek potasu jądrowego

Powyższe sugeruje, że mając 19 protonów w jądrze, ładunek jądrowy wynosi +19. Mówiąc o atomie neutralnym, oznacza to, że ma taką samą liczbę protonów i elektronów (19).

W tej kolejności idei mamy, że efektywny ładunek nuklearny potasu jest obliczany za pomocą operacji arytmetycznej, odejmując liczbę wewnętrznych elektronów od ładunku jądrowego, jak przedstawiono poniżej:

(+19 - 2 - 8 - 8 = +1)

Innymi słowy, elektron walencyjny jest chroniony przez 2 elektrony z pierwszego poziomu (najbliżej jądra), 8 elektronów z drugiego poziomu i 8 elektronów z trzeciego i przedostatniego poziomu; to znaczy te 18 elektronów wywiera efekt osłaniający, który chroni ostatni elektron przed siłami wywieranymi na niego przez jądro.

Jak można zauważyć, wartość efektywnego ładunku jądrowego elementu może być ustalona przez jego liczbę utleniania. Należy zauważyć, że dla konkretnego elektronu (na dowolnym poziomie energii) obliczenie efektywnego ładunku jądrowego jest inne.

Wyjaśnione przykłady skutecznego ładowania potasu jądrowego

Poniżej znajdują się dwa przykłady obliczania efektywnego ładunku jądrowego postrzeganego przez elektron walencyjny określony w atomie potasu.

- Po pierwsze, jego konfiguracja elektroniczna jest wyrażona w następującej kolejności: (1 s ) (2 s, 2 p ) (3 s, 3 p ) (3 d ) (4 s, 4 p ) (4 d ) (4 s) ) (5 s, 5 p ) i tak dalej.

- Żaden elektron na prawo od grupy (n s, n p ) nie przyczynia się do obliczeń.

- Każdy elektron w grupie (n s, n p ) przyczynia się do 0, 35. Każdy elektron poziomu (n-1) zapewnia 0, 85.

- Każdy elektron poziomu (n-2) lub niższy przyczynia się do 1, 00.

- Gdy chroniony elektron znajduje się w grupie (n d ) lub (n f ), każdy elektron w grupie po lewej stronie grupy (n d ) lub (n f ) przyczynia się do 1, 00.

W ten sposób rozpoczyna się obliczenie:

Pierwszy przykład

W przypadku, gdy jedyny elektron zewnętrznej warstwy atomu znajduje się na orbicie 4 s, jego efektywny ładunek jądrowy można określić następująco:

(1 s 2) (2 s 22 p 5) (3 s 23 p 6) (3 d 6) (4 s 1)

Następnie obliczana jest średnia elektronów nienależących do najbardziej zewnętrznego poziomu:

S = (8 x (0, 85)) + (10 x 1, 00)) = 16, 80

Mając wartość S, przystępujemy do obliczania Z *:

Z * = 19, 00 - 16, 80 = 2, 20

Drugi przykład

W tym drugim przypadku jedyny elektron walencyjny znajduje się w orbicie 4 s. Możesz określić efektywny ładunek nuklearny w ten sam sposób:

(1 s 2) (2 s 22 p 6) (3 s 23 p 6) (3 d 1)

Ponownie oblicza się średnią elektronów nie walencyjnych:

S = (18 x (1, 00)) = 18, 00

Wreszcie, z wartością S, możemy obliczyć Z *:

Z * = 19, 00 - 18, 00 = 1, 00

Wniosek

Porównując poprzednie wyniki, można zauważyć, że elektron obecny w orbicie 4 s jest przyciągany do jądra atomu przez siły większe niż te, które przyciągają elektron znajdujący się w orbicie 3 d . Dlatego elektron w orbicie 4 s ma mniej energii niż orbital 3 d .

Stwierdzono zatem, że elektron może znajdować się w orbitalu 4 s w stanie podstawowym, podczas gdy w orbicie 3 d znajduje się w stanie wzbudzonym.