Charge nucléaire efficace - Effective nuclear charge
La charge nucléaire effective est la quantité réelle de charge positive (nucléaire) subie par un électron dans un atome polyélectronique. Le terme "efficace" est utilisé parce que l'effet de protection des électrons chargés négativement empêche l'orbitale supérieure de subir la pleine charge nucléaire du en raison de l'effet répulsif de la couche interne. La charge nucléaire effective subie par un électron est également appelée charge de noyau. Il est possible de déterminer la force de la charge nucléaire par le nombre d'oxydation de l'atome. La plupart des propriétés physiques et chimiques des éléments peuvent être expliquées sur la base de la configuration électronique. Considérez le comportement des énergies d'ionisation dans le tableau périodique. On sait que l'amplitude du potentiel d'ionisation dépend des facteurs suivants :
1. Taille de l'atome ;
2. La charge nucléaire ;
3. L'effet d'écran des coques intérieures, et ;
4. La mesure dans laquelle l'électron le plus externe pénètre dans le nuage de charge mis en place par l'électron couché interne.
Dans le tableau périodique, la charge nucléaire effective augmente à la fois vers le bas d'un groupe et de gauche à droite sur une période.
Calculs
Dans un atome avec un électron, cet électron subit la pleine charge du noyau positif . Dans ce cas, la charge nucléaire effective peut être calculée par la loi de Coulomb .
Cependant, dans un atome avec de nombreux électrons, les électrons externes sont simultanément attirés par le noyau positif et repoussés par les électrons chargés négativement. La charge nucléaire effective sur un tel électron est donnée par l'équation suivante :
où
- Z est le nombre de protons dans le noyau ( numéro atomique ), et
- S est la constante de blindage.
S peut être trouvé par l'application systématique de divers ensembles de règles, dont le plus simple est connu sous le nom de « règles de Slater » (du nom de John C. Slater ). Douglas Hartree a défini le Z effectif d'une orbitale Hartree-Fock comme étant :
où
- est le rayon moyen de l'orbitale pour l' hydrogène , et
- est le rayon moyen de l'orbitale pour une configuration de protons avec une charge nucléaire Z .
Valeurs
Les valeurs de charge nucléaire effectives mises à jour ont été fournies par Clementi et al. en 1963 et 1967. Dans leur travail, les constantes de criblage ont été optimisées pour produire des valeurs de charge nucléaire effectives qui concordent avec les calculs du SCF. Bien qu'utiles en tant que modèle prédictif, les constantes de criblage résultantes contiennent peu d'informations chimiques en tant que modèle qualitatif de la structure atomique.
H | Il | |||||||||||||||||
Z | 1 | 2 | ||||||||||||||||
1s | 1.000 | 1.688 | ||||||||||||||||
Li | Être | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||
Z | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | dix | ||||||||||
1s | 2.691 | 3,685 | 4.680 | 5.673 | 6.665 | 7.658 | 8.650 | 9,642 | ||||||||||
2s | 1,279 | 1.912 | 2.576 | 3.217 | 3.847 | 4.492 | 5.128 | 5.758 | ||||||||||
2p | 2.421 | 3.136 | 3.834 | 4.453 | 5.100 | 5.758 | ||||||||||||
N / A | mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
Z | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||
1s | 10.626 | 11.609 | 12.591 | 13,575 | 14.558 | 15.541 | 16.524 | 17.508 | ||||||||||
2s | 6,571 | 7.392 | 8.214 | 9.020 | 9,825 | 10.629 | 11.430 | 12.230 | ||||||||||
2p | 6.802 | 7.826 | 8,963 | 9.945 | 10,961 | 11.977 | 12.993 | 14.008 | ||||||||||
3s | 2.507 | 3.308 | 4.117 | 4.903 | 5.642 | 6,367 | 7.068 | 7.757 | ||||||||||
3p | 4.066 | 4.285 | 4.886 | 5.482 | 6.116 | 6.764 | ||||||||||||
K | Californie | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Géorgie | Gé | Comme | Se | Br | Kr | |
Z | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 |
1s | 18.490 | 19.473 | 20.457 | 21.441 | 22.426 | 23.414 | 24,396 | 25.381 | 26.367 | 27.353 | 28.339 | 29.325 | 30.309 | 31.294 | 32.278 | 33.262 | 34.247 | 35.232 |
2s | 13.006 | 13.776 | 14.574 | 15.377 | 16.181 | 16,984 | 17,794 | 18.599 | 19.405 | 20.213 | 21.020 | 21,828 | 22.599 | 23.365 | 24.127 | 24.888 | 25.643 | 26,398 |
2p | 15.027 | 16.041 | 17.055 | 18.065 | 19.073 | 20,075 | 21.084 | 22.089 | 23.092 | 24.095 | 25.097 | 26.098 | 27.091 | 28,082 | 29.074 | 30.065 | 31.056 | 32.047 |
3s | 8.680 | 9.602 | 10.340 | 11.033 | 11.709 | 12.368 | 13.018 | 13.676 | 14.322 | 14.961 | 15.594 | 16.219 | 16.996 | 17,790 | 18.596 | 19.403 | 20.219 | 21.033 |
3p | 7,726 | 8.658 | 9.406 | 10.104 | 10.785 | 11.466 | 12.109 | 12.778 | 13.435 | 14.085 | 14.731 | 15,369 | 16.204 | 17.014 | 17.850 | 18.705 | 19.571 | 20.434 |
4s | 3.495 | 4.398 | 4.632 | 4.817 | 4.981 | 5.133 | 5.283 | 5.434 | 5.576 | 5.711 | 5.842 | 5.965 | 7.067 | 8.044 | 8,944 | 9.758 | 10.553 | 11.316 |
3d | 7.120 | 8.141 | 8,983 | 9.757 | 10.528 | 11.180 | 11.855 | 12.530 | 13.201 | 13.878 | 15.093 | 16.251 | 17,378 | 18.477 | 19.559 | 20.626 | ||
4p | 6.222 | 6.780 | 7.449 | 8.287 | 9.028 | 9.338 | ||||||||||||
Rb | Sr | Oui | Zr | Nb | Mo | Tc | Ru | Rhésus | PD | Ag | CD | Dans | Sn | Sb | Te | je | Xe | |
Z | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |
1s | 36.208 | 37.191 | 38.176 | 39.159 | 40.142 | 41.126 | 42.109 | 43.092 | 44.076 | 45.059 | 46.042 | 47.026 | 48.010 | 48,992 | 49.974 | 50.957 | 51.939 | 52.922 |
2s | 27.157 | 27.902 | 28.622 | 29.374 | 30.125 | 30.877 | 31,628 | 32.380 | 33.155 | 33.883 | 34.634 | 35,386 | 36.124 | 36,859 | 37.595 | 38.331 | 39.067 | 39.803 |
2p | 33.039 | 34.030 | 35.003 | 35,993 | 36,982 | 37.972 | 38,941 | 39,951 | 40.940 | 41.930 | 42.919 | 43.909 | 44.898 | 45,885 | 46.873 | 47.860 | 48.847 | 49,835 |
3s | 21,843 | 22.664 | 23.552 | 24,362 | 25.172 | 25.982 | 26.792 | 27.601 | 28,439 | 29.221 | 30.031 | 30.841 | 31.631 | 32.420 | 33.209 | 33.998 | 34.787 | 35.576 |
3p | 21.303 | 22.168 | 23.093 | 23.846 | 24.616 | 25.474 | 26.384 | 27.221 | 28.154 | 29.020 | 29.809 | 30.692 | 31.521 | 32.353 | 33.184 | 34.009 | 34.841 | 35,668 |
4s | 12.388 | 13.444 | 14.264 | 14.902 | 15.283 | 16.096 | 17.198 | 17.656 | 18.582 | 18,986 | 19,865 | 20.869 | 21.761 | 22,658 | 23,544 | 24.408 | 25.297 | 26.173 |
3d | 21,679 | 22.726 | 25,397 | 25.567 | 26.247 | 27.228 | 28.353 | 29.359 | 30.405 | 31.451 | 32.540 | 33.607 | 34.678 | 35.742 | 36.800 | 37.839 | 38.901 | 39.947 |
4p | 10,881 | 11.932 | 12.746 | 13.460 | 14.084 | 14,977 | 15.811 | 16.435 | 17.140 | 17,723 | 18.562 | 19.411 | 20.369 | 21.265 | 22.181 | 23.122 | 24.030 | 24.957 |
5s | 4.985 | 6.071 | 6.256 | 6.446 | 5.921 | 6.106 | 7.227 | 6.485 | 6.640 | (vide) | 6.756 | 8.192 | 9.512 | 10.629 | 11.617 | 12.538 | 13.404 | 14.218 |
4d | 15.958 | 13.072 | 11.238 | 11.392 | 12.882 | 12.813 | 13.442 | 13.618 | 14.763 | 15.877 | 16.942 | 17,970 | 18,974 | 19.960 | 20.934 | 21,893 | ||
5p | 8.470 | 9.102 | 9,995 | 10.809 | 11.612 | 12.425 |
Comparaison avec la charge nucléaire
La charge nucléaire est la charge électrique d'un noyau d'atome, égale au nombre de protons dans le noyau multiplié par la charge élémentaire . En revanche, la charge nucléaire effective est la charge positive attractive des protons nucléaires agissant sur les électrons de valence, qui est toujours inférieure au nombre total de protons présents dans un noyau en raison de l' effet de blindage .
Voir également
- Orbitales atomiques
- Frais de base
- contraction du bloc d (ou contraction du scandide)
- Électronégativité
- Contraction des lanthanides
- Effet de protection
- Orbitales de type Slater
- électrons de valence
- Charge faible
Les références
- ^ Clementi, E.; Raimondi, DL (1963). "Constantes de criblage atomique des fonctions SCF". J. Chem. Phys . 38 (11) : 2686-2689. Bibcode : 1963JChPh..38.2686C . doi : 10.1063/1.1733573 .
- ^ Clementi, E.; Raimondi, DL ; Reinhardt, WP (1967). "Constantes de criblage atomique des fonctions SCF. II. Atomes avec 37 à 86 électrons". Journal de physique chimique . 47 : 1300-1307. Bibcode : 1967JChPh..47.1300C . doi : 10.1063/1.1712084 .
- ^ https://wiki.ubc.ca/Effective_Nuclear_Charge_-_Definition_and_Trends#:~:text=Effective%20nuclear%20charge%20%E2%80%93%20the%20attractive,all%20other%20periodic%20table%20tendencies .
Ressources
- Brown, Théodore ; LeMay, SE ; & Bursten, Bruce (2002). Chimie : la science centrale (8e édition révisée). Upper Saddle River, New Jersey 07458 : Prentice-Hall. ISBN 0-13-061142-5 .