التهمة النووية الفعالة للبوتاسيوم: ماذا تتكون (مع أمثلة)
الحمل البوتاسيوم النووي الفعال هو +1. الشحنة النووية الفعالة هي الشحنة الايجابية الكلية التي يوجد بها إلكترون ينتمي إلى ذرة بها أكثر من إلكترون واحد. يصف مصطلح "فعال" تأثير التدريع الذي تمارسه الإلكترونات بالقرب من النواة ، من شحنتها السلبية ، لحماية الإلكترونات من المدارات العليا.
هذه الخاصية لها علاقة مباشرة مع الخصائص الأخرى للعناصر ، مثل أبعادها الذرية أو ميلها إلى تكوين أيونات. وبهذه الطريقة ، توفر فكرة الشحنة النووية الفعالة فهماً أكبر لعواقب الحماية الموجودة في الخواص الدورية للعناصر.
بالإضافة إلى ذلك ، في الذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون واحد - أي في الذرات متعددة الإلكترونات - ينتج عن وجود التدريع للإلكترونات انخفاضًا في قوى الجذب الكهروستاتيكي بين البروتونات (جزيئات موجبة الشحنة) لنواة الذرة والإلكترونات في المستويات الخارجية.
على النقيض من ذلك ، فإن القوة التي تتصدى بها الإلكترونات في الذرات التي تعتبر البولي إلكترونيكس تتصدى لتأثير القوى الجذابة التي تمارسها النواة على هذه الجسيمات بشحنة معاكسة.
ما هي الشحنة النووية الفعالة؟
عندما تكون ذرة بها إلكترون واحد فقط (نوع هيدروجين) ، فإن هذا الإلكترون المفرد يتصور الشحنة الموجبة الصافية للنواة. من ناحية أخرى ، عندما يكون للذرة أكثر من إلكترون واحد ، فإن جذب جميع الإلكترونات الخارجية نحو النواة ، وفي نفس الوقت ، يكون التنافر بين هذه الإلكترونات.
بشكل عام ، يُقال إنه كلما زادت الشحنة النووية الفعالة لعنصر ما ، زادت القوى الجذابة بين الإلكترونات والنواة.
بنفس الطريقة ، كلما كان هذا التأثير أكبر ، كانت الطاقة التي تنتمي إلى المدار حيث توجد هذه الإلكترونات الخارجية أقل.
بالنسبة لمعظم عناصر المجموعة الرئيسية (وتسمى أيضًا العناصر التمثيلية) ، تزيد هذه الخاصية من اليسار إلى اليمين ، ولكنها تنخفض من أعلى إلى أسفل في الجدول الدوري.
لحساب قيمة الشحنة النووية الفعالة للإلكترون (Z eff أو Z *) تستخدم المعادلة التالية التي اقترحها Slater:
Z * = Z - S
يشير Z * إلى الشحنة النووية الفعالة.
Z هو عدد البروتونات الموجودة في نواة الذرة (أو العدد الذري).
S هو متوسط عدد الإلكترونات الموجودة بين النواة والإلكترون الذي تتم دراسته (عدد الإلكترونات التي ليست تكافؤ).
تحميل البوتاسيوم النووي الفعال
ما سبق يدل على أنه ، بوجود 19 بروتون في نواه ، فإن شحنته النووية تساوي + 19. عندما نتحدث عن ذرة محايدة ، فهذا يعني أنه يحتوي على نفس عدد البروتونات والإلكترونات (19).
وفقًا لترتيب الأفكار هذا ، لدينا أن الشحنة النووية الفعالة للبوتاسيوم يتم حسابها من خلال عملية حسابية ، بطرح عدد الإلكترونات الداخلية من شحنتها النووية كما هو موضح أدناه:
(+ 19 - 2 - 8 - 8 = +1)
بمعنى آخر ، فإن إلكترون التكافؤ محمي بواسطة إلكترونين من المستوى الأول (الأقرب إلى النواة) ، و 8 إلكترونات من المستوى الثاني و 8 إلكترونات من المستوى الثالث وقبل الأخير ؛ أي أن هذه الإلكترونات الـ 18 تمارس تأثيرًا وقائيًا يحمي آخر إلكترون من القوى التي تمارسها النواة عليها.
كما يمكن أن يرى ، يمكن تحديد قيمة الشحنة النووية الفعالة لعنصر بواسطة رقم الأكسدة الخاص به. تجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة لإلكترون محدد (في أي مستوى طاقة) ، فإن حساب الشحنة النووية الفعالة مختلف.
شرح أمثلة على التحميل الفعال للبوتاسيوم النووي
فيما يلي مثالان لحساب الشحنة النووية الفعالة التي يتصورها إلكترون التكافؤ المحدد في ذرة البوتاسيوم.
- أولاً ، يتم التعبير عن تكوينها الإلكتروني بالترتيب التالي: (1 s ) (2 s ، 2 p ) (3 s ، 3 p ) (3 d ) (4 s ، 4 p ) (4 d ) (4 f) ) (5 ثوان ، 5 ع ) ، وهلم جرا.
- لا يوجد إلكترون على يمين المجموعة (n s ، n p ) يساهم في الحساب.
- يسهم كل إلكترون في المجموعة (n s ، n p ) 0.35. يسهم كل إلكترون من المستوى (ن -1) 0.85.
- يسهم كل إلكترون من المستوى (ن -2) أو أقل 1.00.
- عندما يكون الإلكترون المحمي في مجموعة (n d ) أو (n f ) ، يساهم كل إلكترون في مجموعة على يسار المجموعة (n d ) أو (n f ) بـ 1.00.
وبالتالي ، يبدأ الحساب:
المثال الأول
في حالة وجود الإلكترون الوحيد للطبقة الخارجية من الذرة في المدار 4 ثوان ، يمكن تحديد شحنة نووية فعالة على النحو التالي:
(1 s 2) (2 s 22 p 5) (3 s 23 p 6) (3 d 6) (4 s 1)
ثم يتم حساب متوسط الإلكترونات التي لا تنتمي إلى أكثر المستويات الخارجية:
S = (8 × (0.85)) + (10 × 1.00)) = 16.80
بعد الحصول على قيمة S ، ننتقل إلى حساب Z *:
Z * = 19.00 - 16.80 = 2.20
المثال الثاني
في هذه الحالة الثانية ، يوجد إلكترون التكافؤ الوحيد في المدارات الأربعة . يمكنك تحديد شحنة النووية الفعالة بنفس الطريقة:
(1 s 2) (2 s 22 p 6) (3 s 23 p 6) (3 d 1)
مرة أخرى ، يتم حساب متوسط الإلكترونات غير التكافؤ:
S = (18 × (1،00)) = 18.00
أخيرًا ، مع قيمة S ، يمكننا حساب Z *:
Z * = 19.00 - 18.00 = 1.00
استنتاج
عند إجراء مقارنة للنتائج السابقة ، يمكن ملاحظة أن الإلكترون الموجود في المدار 4 s ينجذب إلى نواة الذرة بواسطة قوى أكبر من تلك التي تجذب الإلكترون الموجود في المدار 3 d . لذلك ، يكون للإلكترون الموجود في المدار 4 ثوان طاقة أقل من المدار 3 d .
وهكذا ، خلص إلى أن الإلكترون يمكن أن يكون موجودا في المدارات 4 s في حالته الأرضية ، بينما في المدار 3 d يكون في حالة من الإثارة.
