Effektive Kernladung von Kalium: Was es enthält (mit Beispielen)
Die effektive nukleare Kaliumlast beträgt +1. Die effektive Kernladung ist die gesamte positive Ladung eines Elektrons, das zu einem Atom mit mehr als einem Elektron gehört. Der Ausdruck "wirksam" beschreibt den Abschirmeffekt, den Elektronen in der Nähe des Kerns gegenüber ihrer negativen Ladung ausüben, um Elektronen vor höheren Orbitalen zu schützen.
Diese Eigenschaft steht in direktem Zusammenhang mit anderen Merkmalen der Elemente, wie z. B. ihren atomaren Dimensionen oder ihrer Anordnung zur Bildung von Ionen. Auf diese Weise liefert der Begriff der effektiven nuklearen Aufladung ein besseres Verständnis der Konsequenzen des in den periodischen Eigenschaften der Elemente vorhandenen Schutzes.
In Atomen mit mehr als einem Elektron, dh in polyelektronischen Atomen, führt die Abschirmung der Elektronen zu einer Abnahme der elektrostatischen Anziehungskräfte zwischen den Protonen (positiv geladenen Teilchen) des Atomkerns und die Elektronen in äußeren Ebenen.
Demgegenüber wirkt die Kraft, mit der Elektronen in den als polyelektronisch betrachteten Atomen abstoßen, den Effekten der vom Kern auf diese Teilchen ausgeübten Anziehungskräfte mit entgegengesetzter Ladung entgegen.
Was ist die effektive Kernladung?
Wenn es sich um ein Atom handelt, das nur ein Elektron (Wasserstofftyp) hat, nimmt dieses einzelne Elektron die positive Nettoladung des Kerns wahr. Wenn andererseits ein Atom mehr als ein Elektron hat, wird die Anziehung aller externen Elektronen zum Kern und gleichzeitig die Abstoßung zwischen diesen Elektronen erfahren.
Im Allgemeinen wird gesagt, dass die Anziehungskräfte zwischen den Elektronen und dem Kern umso größer sind, je größer die effektive Kernladung eines Elements ist.
Je größer dieser Effekt ist, desto geringer ist auch die Energie, die zu dem Orbital gehört, in dem sich diese äußeren Elektronen befinden.
Für die meisten Elemente der Hauptgruppe (auch repräsentative Elemente genannt) nimmt diese Eigenschaft von links nach rechts zu, im Periodensystem jedoch von oben nach unten ab.
Um den Wert der effektiven Kernladung eines Elektrons (Z eff oder Z *) zu berechnen, wird die folgende von Slater vorgeschlagene Gleichung verwendet:
Z * = Z - S
Z * bezieht sich auf die effektive Kernladung.
Z ist die Anzahl der im Atomkern vorhandenen Protonen (oder die Ordnungszahl).
S ist die durchschnittliche Anzahl von Elektronen, die sich zwischen dem Kern und dem zu untersuchenden Elektron befinden (Anzahl von Elektronen, die keine Valenz sind).
Effektive nukleare Kaliumbelastung
Das oben Gesagte impliziert, dass seine Kernladung mit 19 Protonen im Kern +19 beträgt. Wenn wir von einem neutralen Atom sprechen, bedeutet dies, dass es die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen hat (19).
In dieser Reihenfolge von Ideen haben wir, dass die effektive Kernladung von Kalium durch eine arithmetische Operation berechnet wird, indem die Anzahl der internen Elektronen von ihrer Kernladung subtrahiert wird, wie unten ausgedrückt:
(+19 - 2 - 8 - 8 = +1)
Mit anderen Worten, das Valenzelektronen wird von 2 Elektronen aus der ersten Ebene (am nächsten zum Kern), 8 Elektronen aus der zweiten Ebene und 8 Elektronen aus der dritten und vorletzten Ebene geschützt; Das heißt, diese 18 Elektronen üben eine Abschirmwirkung aus, die das letzte Elektron vor den Kräften schützt, die der Kern auf es ausübt.
Wie zu sehen ist, kann der Wert der effektiven Kernladung eines Elements durch seine Oxidationszahl bestimmt werden. Es ist zu beachten, dass für ein bestimmtes Elektron (auf jedem Energieniveau) die Berechnung der effektiven Kernladung unterschiedlich ist.
Erklärte Beispiele für eine effektive nukleare Kaliumbeladung
Nachfolgend finden Sie zwei Beispiele zur Berechnung der effektiven Kernladung, die von einem in einem Kaliumatom bestimmten Valenzelektronen wahrgenommen wird.
- Zunächst wird seine elektronische Konfiguration in der folgenden Reihenfolge ausgedrückt: (1 s ) (2 s, 2 p ) (3 s, 3 p ) (3 d ) (4 s, 4 p ) (4 d ) (4 f) ) (5 s, 5 p ) usw.
- Kein Elektron rechts von der Gruppe (n s, n p ) trägt zur Berechnung bei.
- Jedes Elektron in der Gruppe (n s, n p ) trägt 0, 35 bei. Jedes Elektron der Ebene (n-1) trägt 0, 85 bei.
- Jedes Elektron der Stufe (n-2) oder niedriger trägt 1, 00 bei.
- Befindet sich das geschützte Elektron in einer Gruppe ( nd ) oder ( nf ), trägt jedes Elektron in einer Gruppe links von der Gruppe ( nd ) oder ( nf ) 1, 00 bei.
Somit beginnt die Berechnung:
Erstes Beispiel
Befindet sich das einzige Elektron der äußersten Atomschicht im 4- s- Orbital, kann die effektive Kernladung wie folgt bestimmt werden:
(1 s 2) (2 s 22 p 5) (3 s 23 p 6) (3 d 6) (4 s 1)
Der Durchschnitt der Elektronen, die nicht zur äußersten Ebene gehören, wird dann berechnet:
S = (8 × (0, 85)) + (10 × 1, 00)) = 16, 80
Mit dem Wert von S werden wir fortfahren, Z * zu berechnen:
Z * = 19.00 - 16.80 = 2.20
Zweites Beispiel
In diesem zweiten Fall befindet sich das einzige Valenzelektron im 4- s- Orbital . Sie können Ihre effektive Nuklearladung auf die gleiche Weise bestimmen:
(1 s 2) (2 s 22 p 6) (3 s 23 p 6) (3 d 1)
Wiederum wird der Durchschnitt der Nichtvalenzelektronen berechnet:
S = (18 × (1, 00)) = 18, 00
Schließlich können wir mit dem Wert von S Z * berechnen:
Z * = 19.00 - 18.00 = 1.00
Fazit
Ein Vergleich der vorherigen Ergebnisse zeigt, dass das im 4- s- Orbital vorhandene Elektron von Kräften zum Atomkern angezogen wird, die größer sind als diejenigen, die das im 3- d- Orbital befindliche Elektron anziehen. Daher hat das Elektron im 4 s- Orbital eine niedrigere Energie als das des 3 d- Orbitals.
Daraus wird geschlossen, dass sich ein Elektron im Orbital 4 s in seinem Grundzustand befinden kann, während es sich im 3d- Orbital in einem angeregten Zustand befindet.
