Mga Periodic Trend: Effective Nuclear Charge, Gidak-on, ug Enerhiya

Effective nuclear charge ug shielding

Ang gawas nga electron wala makabati sa tibuok nuclear charge nga Z. Ang mga electron nga mas duol sa nucleus nagkansela niini sa bahin, ug ang net nga pagdani gihulagway sa effective nuclear charge, Zeff = Z − S, diin ang S shielding constant. Ang core nga mga electron, sa mas ubos nga mga shell, maayo ang pag-shield. Ang mga electron sa parehas nga shell dili maayo ang pag-shield, tungod kay sa average dili sila mas duol sa nucleus kaysa sa electron nga gihisgotan.

Ang kasarangan nga pagbanabana nag-ihap lamang sa core nga mga electron. Ang sodium (Z = 11) ug chlorine (Z = 17) parehong adunay 10 ka core nga electron, busa ang 3s nga electron sa sodium nakabati og mga +1 ug ang 3p nga mga electron sa chlorine og mga +7. Gipalambo kini sa mga lagda ni Slater. Alang sa electron sa ns o np nga subshell, ang matag laing electron sa parehas nga ns ug np nga mga subshell nagdugang og 0.35 sa S (0.30 sulod sa 1s), ang matag electron sa shell n − 1 nagdugang og 0.85, ug ang matag electron sa mas lawom nga mga shell nagdugang og 1.00.

Nasulbad nga ehemplo 1. Alang sa 3s nga electron sa sodium, S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, busa Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. Alang sa usa sa 3p nga electron sa chlorine, S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, busa Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. Sa tibuok period 3, ang matag gidugang nga proton bahin lang nga gikansela sa gidugang nga electron sa parehas nga shell, busa ang Zeff motaas gikan sa wala paingon sa tuo samtang ang n nagpabilin sa 3.

Atomic radius ug isoelectronic nga mga ion

Ang atomic radius mokunhod sa tibuok period tungod kay ang Zeff motaas samtang ang gawas nga mga electron nagpabilin sa parehas nga shell, busa mas duol sila nga gihaw-as. Mo-increase kini paubos sa group tungod kay ang matag period nagdugang og shell, nga nagbutang sa gawas nga mga electron nga mas layo, samtang ang Zeff nag-usab nga medyo gamay. Ang pinakadagkong atomo anaa sa ubos nga wala sa lamesa ug ang pinakagagmay sa ibabaw nga tuo.

Ang cation mas gamay kaysa sa ginikanan nga atomo: ang pagkawala sa mga electron nagpaubos sa pagsukol, ug alang sa main-group nga mga cation kasagaran kini nagwagtang sa gawas nga shell. Ang anion mas dako kaysa sa ginikanan nga atomo, tungod kay ang gidugang nga electron nagpataas sa pagsukol samtang ang nuclear charge nagpabilin nga parehas.

Nasulbad nga ehemplo 2. I-ranggo ang N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺, ug Al³⁺ sumala sa radius. Ihapa una ang mga electron: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2, ug 13 − 3 tanan katumbas sa 10, busa ang matag ion adunay neon nga configuration nga 1s² 2s² 2p⁶. Uban sa parehas nga ihap sa electron, ang bugtong kalainan mao ang nuclear charge, nga motaas gikan sa 7 ngadto sa 13. Ang daghang proton nagdani sa parehas nga electron cloud nga mas hugot, busa ang han-ay N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.

Unang ionization energy ug mga eksepsyon sa subshell niini

Ang unang ionization energy mao ang enerhiya nga gikinahanglan aron kuhaon ang labing luag nga gihuptan nga electron gikan sa gaseous nga atomo: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Kasagaran kini motaas sa tibuok period, samtang ang Zeff motaas ug ang radius mokunhod, ug mokunhod paubos sa group. Gilista sa NIST ang ionization energy sa electron volt matag atomo; ang pagpadaghan sa 96.485 kJ/mol matag eV nag-convert niini ngadto sa molar nga yunit.

Gi-convert gikan sa NIST Atomic Spectra Database, ang mga bili sa period 2 mao ang Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0, ug Ne 2080.7 kJ/mol. Duha ka lakang ang sayop ang direksyon. Ang boron ubos sa beryllium tungod kay ang labing gawas nga electron niini anaa sa 2p, nga mas taas ang enerhiya ug bahin nga gi-shield sa parisan sa 2s. Ang oxygen ubos sa nitrogen tungod kay ang ikaupat nga 2p nga electron niini kinahanglang magparis sa okupado nga orbital, ug ang dugang nga pagsukol maghimo niini nga mas sayon kuhaon.

Ang parehas nga duha ka pagkunhod makita sa period 3: ang aluminum (577.5 kJ/mol) ubos sa magnesium (737.7 kJ/mol), ug ang sulfur (999.6 kJ/mol) ubos sa phosphorus (1011.8 kJ/mol). Ang balik-balik nga sundanan nagpakita nga naggikan kini sa estruktura sa subshell, dili sa usa ka talagsaon nga elemento.

Sunodsunod nga ionization energy ug valence electron

Ang matag sunodsunod nga ionization energy mas dako kaysa sa nauna, tungod kay ang matag electron mobiya gikan sa ion nga padayon nga mas positibo. Ang gidak-on sa matag paglukso mao ang mapuslanong impormasyon. Ang kasarangan nga pagtaas nagpasabot nga ang sunod nga electron naggikan sa parehas nga valence shell; ang dako kaayong paglukso nagpasabot nga kinahanglan kining gikan sa core, nga mas duol sa nucleus ug mas gamay kaayo ang shielding.

Nasulbad nga ehemplo 3. Gihatag sa NIST ang unang tulo ka ionization energy sa magnesium nga 7.646, 15.035, ug 80.144 eV. Pag-convert: 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. Ang ratio nga IE₂/IE₁ 1450.7 / 737.7 = 1.97, apan ang IE₃/IE₂ 7732.7 / 1450.7 = 5.33. Ang dako nga paglukso human sa ikaduhang electron nagpakita nga ang magnesium adunay duha ka valence electron, [Ne] 3s², ug nagpatin-aw kung nganong nagporma kini og Mg²⁺ apan dili Mg³⁺ sa ordinaryong chemistry.

Ang sodium nagpakita sa paglukso usa ka lakang nga mas sayo. Ang ikaduhang ionization energy niini, 4562.4 kJ/mol, mga 9.2 ka pilo sa una, 495.8 kJ/mol, tungod kay ang ikaduhang electron kinahanglang gikan sa 2p core.

Electron affinity ug electronegativity

Ang electron affinity naghulagway sa kausaban sa enerhiya kung ang gaseous nga atomo makakuha og electron: X(g) + e⁻ → X⁻(g). Magkalahi ang mga kombensiyon sa timaan. Ang pipila ka libro, lakip ang OpenStax, nag-report sa kausaban sa enerhiya, nga negatibo kung mahatagan og enerhiya; ang uban nag-report sa enerhiya nga gipagawas isip positibo nga numero. Susiha ang kombensiyon sa dili pa itandi ang mga bili. Gawas sa noble gas, ang mga atomo padulong sa tuo sa period nagpagawas sa labing daghang enerhiya, tungod kay ang taas nga Zeff niini lig-on nga nagdani sa miabot nga electron.

Ang electron affinity dili kaayo regular kaysa ionization energy. Ang chlorine nagpagawas og mas daghang enerhiya kaysa fluorine, mga 349 kJ/mol kumpara sa 328 kJ/mol, base sa NIST Chemistry WebBook nga mga bili nga 3.613 ug 3.401 eV. Ang gidugang nga electron sa gagmay nga 2p subshell sa fluorine nakasugat og mas lig-on nga pagsukol. Ang beryllium, nitrogen, ug ang noble gas gamay o walay hilig sa pagporma og lig-on nga gaseous nga anion, tungod kay ang gidugang nga electron mosulod sa mas taas nga subshell o magparis sa tunga-tunga nga puno.

Ang electronegativity mao ang abilidad sa atomo sa molecule nga mag-dani sa mga electron sa bond. Dili sama sa ionization energy, wala kini gisukod sa nahimulag nga atomo; gikuha kini gikan sa bond energy o uban pang datos, ug ang Pauling scale mao ang labing kaylap nga gigamit. Ang fluorine ang pinakataas, mga 4.0. Ang electronegativity motaas sa tibuok period ug mokunhod paubos sa group, busa ang polarity sa bond mokunhod gikan sa H–F agi sa H–Cl ug H–Br ngadto sa H–I.

Kasagarang mga sayop sa pagpatin-aw sa mga periodic trend

Ang mga pangutana sa trend kasagarang gihukman sa pagpatin-aw, dili lamang sa han-ay.

Ang hingpit nga pagpatin-aw nagngalan sa pagtandi (parehas nga shell o lahi nga shell), nagsulti kung unsa ang mahitabo sa Zeff o distansya, ug nagdugtong niana nga kausaban sa puwersa sa electron nga gihisgotan.

• Pag-ingon nga mas gamay ang atomo tungod kay mas daghan ang electron. Sa tibuok period, ang mga electron mosulod sa parehas nga shell; ang gidak-on mokunhod tungod kay ang Zeff motaas.
• Pagpatin-aw sa trend sa group gamit lang ang 'mas daghang shell', nga wala mamatikdi nga ang Zeff gamay ra mausab paubos sa group.
• Pagtratar sa ionization energy isip estrikto nga motaas sa tibuok period. Susiha ang mga lakang gikan sa group 2 ngadto sa 13 ug group 15 ngadto sa 16.
• Pagtandi sa mga ion pinaagi sa nuclear charge nga wala una masusi nga isoelectronic sila.
• Pag-usik-usik sa mga kombensiyon sa timaan sa electron affinity ug paghinapos nga ang mas negatibo nga numero mao ang mas gamay nga affinity.
• Pagtandi sa mga radius gikan sa lain-laing mga lamesa. Ang covalent, metallic, ug ionic nga radius lahi ang pagpasabot.
• Pagpatin-aw gamit ang gusto sa atomo. Ang mga atomo walay tumong; ipatin-aw gamit ang pagdani, distansya, ug pagsukol.