Treochtaí Peiriadacha: Muirear Núicléach Éifeachtach, Méid, agus Fuinneamh

Muirear núicléach éifeachtach agus scáthú

Ní mhothaíonn leictreon seachtrach an muirear núicléach iomlán Z. Cealaíonn leictreoin atá níos gaire don núicléas cuid de, agus déantar cur síos ar an tarraingt ghlan leis an muirear núicléach éifeachtach, Zeff = Z − S, áit arb é S tairiseach scáthaithe. Scáthaíonn leictreoin chroí, i sliogáin níos ísle, go maith. Scáthaíonn leictreoin san sliogán céanna go dona, mar nach bhfuil siad, ar an meán, níos gaire don núicléas ná an leictreon atá i gceist.

Ní chomhairtear ach leictreoin chroí i ngarmheastachán. Tá 10 leictreon chroí ag sóidiam (Z = 11) agus ag clóirín (Z = 17) araon, mar sin mothaíonn leictreon 3s sóidiam thart ar +1 agus leictreoin 3p clóirín thart ar +7. Mionchoigeartaíonn rialacha Slater é seo. I gcás leictreon i bhfoshliogán ns nó np, cuireann gach leictreon eile sna foshliogáin ns agus np chéanna 0.35 le S (0.30 laistigh de 1s), cuireann gach leictreon i sliogán n − 1 0.85 leis, agus cuireann gach leictreon i sliogáin níos doimhne 1.00 leis.

Sampla oibrithe 1. Do leictreon 3s sóidiam, S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80, mar sin Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. Do cheann de leictreoin 3p chlóirín, S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90, mar sin Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. Ar fud tréimhse 3, ní fhritháirítear gach prótón breise ach go páirteach leis an leictreon breise san sliogán céanna, mar sin ardaíonn Zeff ó chlé go deas agus fanann n ag 3.

Ga adamhach agus ianta isealeictreonacha

Laghdaíonn ga adamhach trasna tréimhse mar go n-ardaíonn Zeff agus fanann na leictreoin sheachtracha sa sliogán céanna, mar sin tarraingítear níos gaire iad. Méadaíonn sé síos grúpa mar go gcuireann gach tréimhse sliogán leis, rud a chuireann na leictreoin sheachtracha níos faide amach, agus is beag a athraíonn Zeff. Tá na hadaimh is mó ag bun clé an tábla agus na cinn is lú ag barr deas.

Tá cataian níos lú ná a athair-adamh: laghdaíonn leictreoin a chailleadh aischoisceadh, agus i gcás cataiain phríomhghrúpa folmhaíonn sé an sliogán seachtrach de ghnáth. Tá anian níos mó ná a athair-adamh, mar go méadaíonn an leictreon breise an t-aischoisceadh agus fanann an muirear núicléach mar a bhí.

Sampla oibrithe 2. Rangaigh N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺, agus Al³⁺ de réir gha. Comhair leictreoin ar dtús: is ionann 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2, agus 13 − 3 agus 10, mar sin tá cumraíocht neon 1s² 2s² 2p⁶ ag gach ian. Le líon leictreon comhionann, is é an muirear núicléach an t-aon difríocht, a ardaíonn ó 7 go 13. Tarraingíonn níos mó prótón an scamall leictreon céanna níos docht, mar sin is é an t-ord N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.

An chéad fhuinneamh ianúcháin agus a eisceachtaí foshliogáin

Is é an chéad fhuinneamh ianúcháin an fuinneamh atá de dhíth chun an leictreon is scaoilte a choinnítear a bhaint d'adamh gásach: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Méadaíonn sé go ginearálta trasna tréimhse, de réir mar a ardaíonn Zeff agus a chrapann an ga, agus laghdaíonn sé síos grúpa. Liostaíonn NIST fuinneamh ianúcháin i leictreonvolta in aghaidh an adaimh; tiontaíonn iolrú faoi 96.485 kJ/mol in aghaidh an eV iad go haonaid mhólacha.

Arna dtiontú ón NIST Atomic Spectra Database, is iad luachanna thréimhse 2 ná Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0, agus Ne 2080.7 kJ/mol. Téann dhá chéim an bealach mícheart. Tá bórón faoi bhun beirilliam mar go bhfuil a leictreon is seachtraí i 2p, atá níos airde i bhfuinneamh agus scáthaithe go páirteach ag péire 2s. Tá ocsaigin faoi bhun nítrigine mar go gcaithfidh a ceathrú leictreon 2p péireáil i bhfithiseán áitithe, agus déanann an t-aischoisceadh breise níos éasca é a bhaint.

Tagann an dá thit chéanna chun solais i dtréimhse 3: tá alúmanam (577.5 kJ/mol) faoi bhun mhaigníseam (737.7 kJ/mol), agus tá sulfar (999.6 kJ/mol) faoi bhun fosfair (1011.8 kJ/mol). Léiríonn an patrún athdhéanta gur ó struchtúr foshliogán a eascraíonn sé, ní ó eilimint amháin neamhghnách.

Fuinneamh ianúcháin leantach agus leictreoin vailinse

Tá gach fuinneamh ianúcháin leantach níos mó ná an ceann roimhe, mar go bhfágann gach leictreon ó ian atá níos dearfaí de réir a chéile. Is é méid gach léim an fhaisnéis úsáideach. Ciallaíonn méadú measartha go dtagann an chéad leictreon eile ón sliogán vailinse céanna; ciallaíonn léim an-mhór go gcaithfidh sé teacht ón gcroí, atá níos gaire don núicléas agus i bhfad níos lú scáthaithe.

Sampla oibrithe 3. Tugann NIST chéad trí fhuinneamh ianúcháin mhaigníseam mar 7.646, 15.035, agus 80.144 eV. Á dtiontú: 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. Is é 1450.7 / 737.7 = 1.97 an cóimheas IE₂/IE₁, ach is é 7732.7 / 1450.7 = 5.33 IE₃/IE₂. Léiríonn an léim mhór tar éis an dara leictreon go bhfuil dhá leictreon vailinse ag maignéisiam, [Ne] 3s², agus míníonn sí cén fáth a bhfoirmíonn sé Mg²⁺ ach ní Mg³⁺ sa ghnáthcheimic.

Léiríonn sóidiam an léim céim amháin níos luaithe. Tá a dhara fuinneamh ianúcháin, 4562.4 kJ/mol, thart ar 9.2 uair a chéad cheann, 495.8 kJ/mol, mar go gcaithfidh an dara leictreon teacht ón gcroí 2p.

Cleamhnas leictreon agus leictridhiúltacht

Déanann cleamhnas leictreon cur síos ar an athrú fuinnimh nuair a ghnóthaíonn adamh gásach leictreon: X(g) + e⁻ → X⁻(g). Tá coinbhinsiúin chomharthaí éagsúil. Tuairiscíonn roinnt téacsleabhar, OpenStax san áireamh, an t-athrú fuinnimh, atá diúltach nuair a scaoiltear fuinneamh; tuairiscíonn cinn eile an fuinneamh scaoilte mar uimhir dhearfach. Seiceáil an coinbhinsiún sula gcuireann tú luachanna i gcomparáid. Seachas na gáis uaisle, scaoileann adaimh i dtreo dheis tréimhse an fuinneamh is mó, mar go meallann a Zeff ard an leictreon isteach go láidir.

Tá cleamhnas leictreon níos neamhrialta ná fuinneamh ianúcháin. Scaoileann clóirín níos mó fuinnimh ná fluairín, thart ar 349 kJ/mol i gcomparáid le 328 kJ/mol, bunaithe ar luachanna NIST Chemistry WebBook de 3.613 agus 3.401 eV. Casann an leictreon breise i bhfoshliogán 2p dlúth fluairín le haischoisceadh níos láidre. Is beag nó ní bhíonn claonadh ag beirilliam, nítrigin, agus na gáis uaisle anianta gásacha cobhsaí a fhoirmiú, mar go rachadh an leictreon breise isteach i bhfoshliogán níos airde nó go bpéireálfadh sé i gceann leathlán.

Is é leictridhiúltacht cumas adaimh i móilín leictreoin bannaí a mhealladh. Murab ionann agus fuinneamh ianúcháin, ní thomhaistear í ar adamh scoite; díorthaítear í ó fhuinneamh bannaí nó ó shonraí eile, agus is é scála Pauling an scála is mó a úsáidtear. Is é fluairín an ceann is airde, thart ar 4.0. Méadaíonn leictridhiúltacht trasna tréimhse agus laghdaíonn sí síos grúpa, mar sin titeann polaraíocht bannaí ó H–F trí H–Cl agus H–Br go H–I.

Botúin choitianta agus treochtaí peiriadacha á míniú

Is de ghnáth ar an míniú a mheastar ceisteanna treochta, ní ar an ord amháin.

Ainmníonn míniú iomlán an chomparáid (an sliogán céanna nó sliogán difriúil), deir sé cad a tharlaíonn do Zeff nó don fhad, agus nascann sé an t-athrú sin leis an bhfórsa ar an leictreon atá i gceist.

• A rá go bhfuil adamh níos lú toisc go bhfuil níos mó leictreon aige. Trasna tréimhse, téann leictreoin isteach san sliogán céanna; titeann an méid mar go n-ardaíonn Zeff.
• Treocht grúpa a mhíniú le 'níos mó sliogán' amháin, gan a lua gur beag a athraíonn Zeff síos grúpa.
• Fuinneamh ianúcháin a láimhseáil mar rud a mhéadaíonn go docht trasna tréimhse. Seiceáil na céimeanna ó ghrúpa 2 go 13 agus ó ghrúpa 15 go 16.
• Ianta a chur i gcomparáid de réir muirir núicléigh gan seiceáil ar dtús an bhfuil siad isealeictreonach.
• Coinbhinsiúin chomharthaí cleamhnais leictreon a mheascadh agus a thabhairt i gcrích gurb é an uimhir is diúltaí an cleamhnas is lú.
• Gathanna ó thablaí difriúla a chur i gcomparáid. Sainmhínítear gathanna comhfhiúsacha, miotalacha agus ianacha ar bhealaí difriúla.
• Míniú leis an rud 'a theastaíonn' ó adamh. Níl aon sprioc ag adaimh; mínigh le tarraingt, fad, agus aischoisceadh.