ወቅታዊ አዝማሚያዎች፦ ውጤታማ የኒውክሊየስ ክፍያ፣ መጠንና ኃይል

ውጤታማ የኒውክሊየስ ክፍያና መጋረድ

አንድ የውጨኛ ኤሌክትሮን ሙሉውን የኒውክሊየስ ክፍያ Z አይሰማውም። ወደ ኒውክሊየስ የቀረቡ ኤሌክትሮኖች በከፊል ይሰርዙታል፤ የተጣራው ሳብም በውጤታማ የኒውክሊየስ ክፍያ Zeff = Z − S ይገለጻል፤ S የመጋረድ ቋሚ ነው። በዝቅተኛ ቅርፊቶች ያሉ የዋና ኤሌክትሮኖች በደንብ ይጋርዳሉ። በአንድ ቅርፊት ያሉ ኤሌክትሮኖች በደካማ ይጋርዳሉ፤ ምክንያቱም በአማካይ ከጥያቄው ኤሌክትሮን ይልቅ ወደ ኒውክሊየስ አይቀርቡም።

ግምታዊ ግምት የዋና ኤሌክትሮኖችን ብቻ ይቆጥራል። ሶዲየም (Z = 11) እና ክሎሪን (Z = 17) ሁለቱም 10 የዋና ኤሌክትሮኖች አሏቸው፤ ስለዚህ የሶዲየም 3s ኤሌክትሮን ወደ +1፣ የክሎሪን 3p ኤሌክትሮኖች ደግሞ ወደ +7 ይሰማሉ። የስሌተር ደንቦች ይህንን ያጠራሉ። ለns ወይም np ንዑስ ቅርፊት ኤሌክትሮን በተመሳሳይ ns እና np ንዑስ ቅርፊቶች ያለ እያንዳንዱ ሌላ ኤሌክትሮን ወደ S 0.35 ይጨምራል (በ1s ውስጥ 0.30)፣ በቅርፊት n − 1 ያለ እያንዳንዱ ኤሌክትሮን 0.85 ይጨምራል፣ በጥልቅ ቅርፊቶች ያለ እያንዳንዱ ኤሌክትሮን 1.00 ይጨምራል።

የተሠራ ምሳሌ 1። ለሶዲየም 3s ኤሌክትሮን S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80፣ ስለዚህ Zeff = 11 − 8.80 = 2.20። ለአንዱ የክሎሪን 3p ኤሌክትሮን S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90፣ ስለዚህ Zeff = 17 − 10.90 = 6.10። በወቅት 3 ውስጥ እያንዳንዱ የተጨመረ ፕሮቶን በተጨመረው በአንድ ቅርፊት ኤሌክትሮን በከፊል ብቻ ይካካሳል፤ ስለዚህ n በ3 እንደቀጠለ Zeff ከግራ ወደ ቀኝ ይጨምራል።

የአቶም ራዲየስና ተመሳሳይ ኤሌክትሮን ያላቸው አዮኖች

የውጨኛዎቹ ኤሌክትሮኖች በአንድ ቅርፊት ውስጥ ሲቆዩ Zeff ስለሚጨምር የአቶም ራዲየስ በአንድ ወቅት ላይ ይቀንሳል፤ ስለዚህ ይበልጥ ይሳባሉ። በቡድን ወደ ታች ይጨምራል፤ ምክንያቱም እያንዳንዱ ወቅት ቅርፊት ይጨምራል፤ የውጨኛውን ኤሌክትሮኖች ይበልጥ ያርቃል፤ Zeff ደግሞ በንጽጽር ትንሽ ይለወጣል። ትልቁ አቶሞች በሰንጠረዡ የታችኛው ግራ፣ ትንሹ ደግሞ በላይኛው ቀኝ ናቸው።

ካቲዮን ከወላጅ አቶሙ ያነሰ ነው፦ ኤሌክትሮኖችን ማጣት መገፋፋትን ይቀንሳል፤ ለዋና ቡድን ካቲዮኖችም ብዙውን ጊዜ የውጨኛውን ቅርፊት ባዶ ያደርጋል። አኒዮን ከወላጅ አቶሙ ይበልጣል፤ ምክንያቱም የተጨመረው ኤሌክትሮን መገፋፋትን ይጨምራል፤ የኒውክሊየስ ክፍያ ግን ተመሳሳይ ሆኖ ይቆያል።

የተሠራ ምሳሌ 2። N³⁻፣ O²⁻፣ F⁻፣ Na⁺፣ Mg²⁺ እና Al³⁺ን በራዲየስ ደረጃ ያውጡ። መጀመሪያ ኤሌክትሮኖችን ይቁጠሩ፦ 7 + 3፣ 8 + 2፣ 9 + 1፣ 11 − 1፣ 12 − 2 እና 13 − 3 ሁሉም ከ10 ጋር እኩል ናቸው፤ ስለዚህ እያንዳንዱ አዮን የኒዮን አቀማመጥ 1s² 2s² 2p⁶ አለው። ተመሳሳይ የኤሌክትሮን ቁጥር ሲኖር ብቸኛው ልዩነት ከ7 ወደ 13 የሚጨምረው የኒውክሊየስ ክፍያ ነው። ብዙ ፕሮቶኖች ተመሳሳዩን የኤሌክትሮን ደመና ይበልጥ ያጠብቃሉ፤ ስለዚህ ቅደም ተከተሉ N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺ ነው።

የመጀመሪያ የአዮናይዜሽን ኃይልና የንዑስ ቅርፊት ልዩ ሁኔታዎቹ

የመጀመሪያው የአዮናይዜሽን ኃይል በጣም ልል ተይዞ ያለውን ኤሌክትሮን ከጋዝ አቶም ለማስወገድ የሚያስፈልግ ኃይል ነው፦ X(g) → X⁺(g) + e⁻። Zeff ሲጨምርና ራዲየስ ሲቀንስ በአጠቃላይ በአንድ ወቅት ላይ ይጨምራል፤ በቡድን ወደ ታች ይቀንሳል። NIST የአዮናይዜሽን ኃይሎችን በኤሌክትሮን ቮልት በአቶም ይዘረዝራል፤ በ96.485 kJ/mol በeV ማባዛት ወደ ሞላር አሃዶች ይቀይራቸዋል።

ከNIST Atomic Spectra Database ተቀይረው የወቅት 2 እሴቶች Li 520.2፣ Be 899.5፣ B 800.6፣ C 1086.5፣ N 1402.3፣ O 1313.9፣ F 1681.0 እና Ne 2080.7 kJ/mol ናቸው። ሁለት ደረጃዎች በተሳሳተ አቅጣጫ ይሄዳሉ። ቦሮን ከቤሪሊየም በታች ነው፤ ምክንያቱም የውጨኛው ኤሌክትሮኑ በ2p ውስጥ ነው፤ ይህም በኃይል ከፍ ያለና በ2s ጥንድ በከፊል የተጋረደ ነው። ኦክስጅን ከናይትሮጂን በታች ነው፤ ምክንያቱም አራተኛው 2p ኤሌክትሮኑ በተያዘ ምህዋር ውስጥ መጣመር አለበት፤ ተጨማሪው መገፋፋትም ማስወገዱን ቀላል ያደርገዋል።

ተመሳሳይ ሁለት ውድቀቶች በወቅት 3 ውስጥም ይታያሉ፦ አሉሚኒየም (577.5 kJ/mol) ከማግኒዥየም (737.7 kJ/mol) በታች ነው፤ ሰልፈር (999.6 kJ/mol) ደግሞ ከፎስፎረስ (1011.8 kJ/mol) በታች። የተደጋገመው ንድፍ ከአንድ ልዩ ንጥረ ነገር ሳይሆን ከንዑስ ቅርፊት አወቃቀር እንደሚመጣ ያሳያል።

ተከታታይ የአዮናይዜሽን ኃይሎችና ቫለንስ ኤሌክትሮኖች

እያንዳንዱ ተከታታይ የአዮናይዜሽን ኃይል ከቀዳሚው ይበልጣል፤ ምክንያቱም እያንዳንዱ ኤሌክትሮን ከየጨመረ አዎንታዊ አዮን ይወጣል። የእያንዳንዱ ዝላይ መጠን ጠቃሚው መረጃ ነው። መካከለኛ ጭማሪ ቀጣዩ ኤሌክትሮን ከተመሳሳይ ቫለንስ ቅርፊት እንደሚመጣ ያመለክታል፤ በጣም ትልቅ ዝላይ ደግሞ ከዋናው መምጣት እንዳለበት ያመለክታል፤ እሱም ወደ ኒውክሊየስ ይበልጥ የቀረበና እጅግ ያነሰ የተጋረደ ነው።

የተሠራ ምሳሌ 3። NIST የማግኒዥየምን የመጀመሪያ ሦስት የአዮናይዜሽን ኃይሎች 7.646፣ 15.035 እና 80.144 eV ብሎ ይሰጣል። መቀየር፦ 7.646 eV × 96.485 kJ/(mol·eV) = 737.7 kJ/mol፤ 15.035 × 96.485 = 1450.7 kJ/mol፤ 80.144 × 96.485 = 7732.7 kJ/mol። የIE₂/IE₁ ሬሾ 1450.7 / 737.7 = 1.97 ነው፤ የIE₃/IE₂ ግን 7732.7 / 1450.7 = 5.33 ነው። ከሁለተኛው ኤሌክትሮን በኋላ ያለው ትልቅ ዝላይ ማግኒዥየም ሁለት ቫለንስ ኤሌክትሮኖች [Ne] 3s² እንዳሉት ያሳያል፤ እንዲሁም በተራ ኬሚስትሪ ውስጥ Mg²⁺ የሚፈጥረው እንጂ Mg³⁺ የማይፈጥረው ለምን እንደሆነ ያብራራል።

ሶዲየም ዝላይውን አንድ ደረጃ ቀድሞ ያሳያል። ሁለተኛው የአዮናይዜሽን ኃይሉ 4562.4 kJ/mol ከመጀመሪያው 495.8 kJ/mol ወደ 9.2 እጥፍ ነው፤ ምክንያቱም ሁለተኛው ኤሌክትሮን ከ2p ዋና መምጣት አለበት።

የኤሌክትሮን ተዛማጅነትና ኤሌክትሮኔጋቲቪቲ

የኤሌክትሮን ተዛማጅነት የጋዝ አቶም ኤሌክትሮን ሲያገኝ የሚኖረውን የኃይል ለውጥ ይገልጻል፦ X(g) + e⁻ → X⁻(g)። የምልክት ልማዶች ይለያያሉ። OpenStaxን ጨምሮ አንዳንድ የመማሪያ መጻሕፍት የኃይል ለውጡን ይዘግባሉ፤ ኃይል ሲለቀቅ አሉታዊ ነው፤ ሌሎች ደግሞ የተለቀቀውን ኃይል እንደ አዎንታዊ ቁጥር ይዘግባሉ። እሴቶችን ከማነጻጸርዎ በፊት ልማዱን ይፈትሹ። ከክቡር ጋዞች በስተቀር በአንድ ወቅት ወደ ቀኝ ያሉ አቶሞች ከፍተኛውን ኃይል ይለቃሉ፤ ምክንያቱም ከፍተኛ Zeffቸው የሚገባውን ኤሌክትሮን በጠንካራ ሁኔታ ይስባል።

የኤሌክትሮን ተዛማጅነት ከአዮናይዜሽን ኃይል ያነሰ መደበኛ ነው። ክሎሪን ከፍሎሪን የበለጠ ኃይል ይለቃል፤ ወደ 349 kJ/mol ከ328 kJ/mol ጋር ሲነጻጸር፤ በNIST Chemistry WebBook የ3.613 እና 3.401 eV እሴቶች ላይ ተመሥርቶ። በፍሎሪን የተጠጋጋ 2p ንዑስ ቅርፊት የተጨመረው ኤሌክትሮን ጠንካራ መገፋፋት ያጋጥመዋል። ቤሪሊየም፣ ናይትሮጂንና ክቡር ጋዞች የተረጋጋ የጋዝ አኒዮኖችን የመፍጠር ዝንባሌ ትንሽ ወይም ምንም የላቸውም፤ ምክንያቱም የተጨመረው ኤሌክትሮን ወደ ከፍተኛ ንዑስ ቅርፊት ይገባል ወይም በግማሽ በተሞላው ውስጥ ይጣመራል።

ኤሌክትሮኔጋቲቪቲ በሞለኪውል ውስጥ ያለ አቶም የቦንድ ኤሌክትሮኖችን የመሳብ ችሎታ ነው። ከአዮናይዜሽን ኃይል በተለየ በተነጠለ አቶም አይለካም፤ ከቦንድ ኃይሎች ወይም ከሌላ መረጃ ይወጣል፤ የፓውሊንግ መለኪያም በጣም በስፋት ጥቅም ላይ ይውላል። ፍሎሪን ከሁሉ ከፍተኛ ነው፤ ወደ 4.0። ኤሌክትሮኔጋቲቪቲ በአንድ ወቅት ላይ ይጨምራል፤ በቡድን ወደ ታች ይቀንሳል፤ ስለዚህ የቦንድ ዋልታነት ከH–F በH–Cl እና H–Br በኩል እስከ H–I ይወርዳል።

ወቅታዊ አዝማሚያዎችን ሲያብራሩ የተለመዱ ስህተቶች

የአዝማሚያ ጥያቄዎች ብዙውን ጊዜ የሚገመገሙት በማብራሪያው ነው እንጂ በቅደም ተከተሉ ብቻ አይደለም።

ሙሉ ማብራሪያ ንጽጽሩን ይሰይማል (ተመሳሳይ ቅርፊት ወይም የተለየ ቅርፊት)፣ በZeff ወይም በርቀት ላይ የሚሆነውን ይገልጻል፣ ያንን ለውጥ በጥያቄው ኤሌክትሮን ላይ ካለው ኃይል ጋር ያገናኛል።

• አንድ አቶም ብዙ ኤሌክትሮኖች ስላሉት ያነሰ ነው ማለት። በአንድ ወቅት ላይ ኤሌክትሮኖች ወደ ተመሳሳይ ቅርፊት ይገባሉ፤ Zeff ስለሚጨምር መጠኑ ይወርዳል።
• የቡድን አዝማሚያን በ'ብዙ ቅርፊቶች' ብቻ ማብራራት፣ በቡድን ወደ ታች Zeff ትንሽ እንደሚለወጥ ሳይጠቅሱ።
• የአዮናይዜሽን ኃይልን በአንድ ወቅት ላይ በጥብቅ እንደሚጨምር መውሰድ። ከቡድን 2 ወደ 13 እና ከቡድን 15 ወደ 16 ያሉትን ደረጃዎች ይፈትሹ።
• አዮኖች ተመሳሳይ ኤሌክትሮን ያላቸው መሆናቸውን መጀመሪያ ሳይፈትሹ በኒውክሊየስ ክፍያ ማነጻጸር።
• የኤሌክትሮን ተዛማጅነት ምልክት ልማዶችን ማደባለቅና የበለጠ አሉታዊው ቁጥር ያነሰ ተዛማጅነት ነው ብሎ መደምደም።
• ራዲየሶችን ከተለያዩ ሰንጠረዦች ማነጻጸር። የኮቫለንት፣ የብረት እና የአዮን ራዲየሶች በተለያየ መንገድ ይተረጎማሉ።
• አቶም 'በሚፈልገው' ማብራራት። አቶሞች ግቦች የላቸውም፤ በሳብ፣ በርቀትና በመገፋፋት ያብራሩ።