Экранирующий эффект

Эта статья об атомном эффекте. Информацию о защитных материалах см. в разделе «Электромагнитное экранирование» .

В химии , эффект экранирования иногда называемый атомным экранированием или электронным экранированием, описывает притяжение между электроном и ядром в любом атоме, имеющем более одного электрона . Эффект экранирования можно определить как уменьшение эффективного заряда ядра электронного облака за счетразнице сил притяжения электронов в атоме. Это частный случай экранирования электрическим полем .Этот эффект также имеет определенное значение во многих проектах в области материаловедения.

Прочность электронной оболочки

Чем шире электронные оболочки в пространстве, тем слабее электрическое взаимодействие между электронами и ядром вследствие экранирования. В общем, мы можем упорядочить электронные оболочки (s,p,d,f) как таковые. $$S(\mathrm {s} )>S(\mathrm {p} )>S(\mathrm {d} )>S(\mathrm {f} ),$$где S - сила экранирования, которую данная орбиталь обеспечивает остальным электронам.

Описание

В водороде или любом другом атоме группы 1А таблицы Менделеева (имеющем только один валентный электрон ) сила, действующая на электрон, так же велика, как электромагнитное притяжение ядра атома. Однако, когда участвует больше электронов, каждый электрон (в n ^й — оболочка ) испытывает не только электромагнитное притяжение со стороны положительного ядра, но и силы отталкивания со стороны других электронов в оболочках от 1 до n . Это приводит к тому, что результирующая сила, действующая на электроны во внешних оболочках, становится значительно меньшей по величине; следовательно, эти электроны не так сильно связаны с ядром, как электроны, расположенные ближе к ядру. Это явление часто называют эффектом орбитального проникновения. Теория экранирования также способствует объяснению того, почему электроны валентной оболочки легче удаляются из атома.

Кроме того, существует также эффект экранирования, который возникает между подуровнями одного и того же основного энергетического уровня. Электрон на s-подуровне способен экранировать электроны на p-подуровне того же основного энергетического уровня.

Величину эффекта экранирования трудно точно рассчитать из-за эффектов квантовой механики . В качестве приближения мы можем оценить эффективный ядерный заряд каждого электрона следующим образом:

$Z_{\mathrm {eff} }=Z-\sigma \,$

Где Z — число протонов в ядре, а $\sigma \,$ - среднее количество электронов между ядром и рассматриваемым электроном. $\sigma \,$может быть найдена с помощью квантовой химии и уравнения Шредингера или с помощью эмпирических формул Слейтера .

В спектроскопии резерфордовского обратного рассеяния поправка, обусловленная экранированием электронов, изменяет кулоновское отталкивание между падающим ионом и ядром-мишенью на больших расстояниях. Это эффект отталкивания внутреннего электрона от внешнего электрона.

См. также

• Атомный номер
• Основной заряд
• Эффективный ядерный заряд
• Соединение благородного газа
• Стерические эффекты
• Лантанидное сокращение
• Сокращение d-блока (или скандидное сокращение)

Ссылки

• Л. Браун, Теодор; Х. Юджин ЛеМэй-младший; Брюс Э. Берстен; Джулия Р. Бердж (2003). Химия: Центральная наука (8-е изд.). США: Pearson Education. ISBN  0-13-061142-5 . Архивировано из оригинала 24 июля 2011 г.
• Томас, Дэн (9 октября 1997 г.). «Экранирование электронов в атомах от H (Z=1) до Lw (Z=103)» . Университет Гвельфа . Проверено 12 июля 2018 г.
• Питер Аткинс и Лоретта Джонс, Химические принципы: поиски понимания [Вариации защитного эффекта]