Үелэх хуулийн хандлага: үр дүнтэй цөмийн цэнэг, хэмжээ ба энерги

Үр дүнтэй цөмийн цэнэг ба экрандалт

Гаднах электрон цөмийн бүтэн цэнэг Z-г мэдэрдэггүй. Цөмд илүү ойр электронууд түүнийг хэсэгчлэн хүчингүй болгодог бөгөөд цэвэр татилцааг үр дүнтэй цөмийн цэнэг Zeff = Z − S-ээр тодорхойлно, энд S нь экрандалтын тогтмол. Доод бүрхүүлд байгаа дотоод электронууд сайн экрандана. Нэг бүрхүүл дэх электронууд муу экрандана, учир нь дунджаар тэд тухайн электроноос цөмд ойр биш.

Ойролцоо тооцоонд зөвхөн дотоод электронуудыг тоолдог. Натри (Z = 11) ба хлор (Z = 17) хоёулаа 10 дотоод электронтой, иймээс натрийн 3s электрон ойролцоогоор +1, хлорын 3p электронууд ойролцоогоор +7-г мэдэрнэ. Слэйтерийн дүрмүүд үүнийг нарийвчилдаг. ns эсвэл np дэд бүрхүүлийн электроны хувьд тэр ns ба np дэд бүрхүүлд байгаа өөр электрон бүр S-д 0.35 нэмнэ (1s дотор 0.30), n − 1 бүрхүүл дэх электрон бүр 0.85, илүү гүн бүрхүүлүүд дэх электрон бүр 1.00 нэмнэ.

1-р жишээ. Натрийн 3s электроны хувьд S = 8(0.85) + 2(1.00) = 8.80 тул Zeff = 11 − 8.80 = 2.20. Хлорын 3p электронуудын нэгийн хувьд S = 6(0.35) + 8(0.85) + 2(1.00) = 10.90 тул Zeff = 17 − 10.90 = 6.10. 3-р үеийн дагуу нэмэгдсэн протон бүр нь нэг бүрхүүлд нэмэгдсэн электроноор зөвхөн хэсэгчлэн нөхөгддөг тул n нь 3 хэвээр байхад Zeff зүүнээс баруун тийш өснө.

Атомын радиус ба изоэлектрон ионууд

Атомын радиус нь үеийн дагуу буурдаг, учир нь Zeff өсөхөд гаднах электронууд ижил бүрхүүлд байж, ойртож татагддаг. Бүлгийн дагуу доош өсдөг, учир нь үе бүр бүрхүүл нэмж гаднах электронуудыг холдуулдаг бол Zeff харьцангуй бага өөрчлөгддөг. Хамгийн том атомууд нь хүснэгтийн зүүн доод, хамгийн жижиг нь баруун дээд хэсэгт байна.

Катион нь анхны атомаасаа жижиг: электрон алдах нь түлхэлцлийг бууруулдаг ба үндсэн бүлгийн катионуудад ихэвчлэн гаднах бүрхүүлийг хоосолдог. Анион нь анхны атомаасаа том, учир нь нэмсэн электрон цөмийн цэнэг хэвээр байхад түлхэлцлийг нэмэгдүүлдэг.

2-р жишээ. N³⁻, O²⁻, F⁻, Na⁺, Mg²⁺, Al³⁺-ийг радиусаар эрэмбэл. Эхлээд электроныг тоол: 7 + 3, 8 + 2, 9 + 1, 11 − 1, 12 − 2, 13 − 3 бүгд 10-тай тэнцүү, иймээс ион бүр неоны 1s² 2s² 2p⁶ конфигурацитай. Электроны тоо ижил үед цорын ганц ялгаа нь 7-оос 13 хүртэл өсөх цөмийн цэнэг. Илүү олон протон ижил электрон үүлийг илүү чанга татдаг тул дараалал нь N³⁻ > O²⁻ > F⁻ > Na⁺ > Mg²⁺ > Al³⁺.

Эхний ионжих энерги ба дэд бүрхүүлийн үл хамаарах тохиолдол

Эхний ионжих энерги нь хийн атомаас хамгийн сул холбогдсон электроныг салгахад шаардагдах энерги: X(g) → X⁺(g) + e⁻. Энэ нь Zeff өсөж радиус багасах тул ерөнхийдөө үеийн дагуу өсч, бүлгийн дагуу доош буурна. NIST ионжих энергийг атом тутамд электрон-вольтоор жагсаадаг; eV тутамд 96.485 kJ/mol-оор үржвэл молийн нэгж болно.

NIST Atomic Spectra Database-аас хөрвүүлснээр 2-р үеийн утгууд нь Li 520.2, Be 899.5, B 800.6, C 1086.5, N 1402.3, O 1313.9, F 1681.0, Ne 2080.7 kJ/mol. Хоёр алхам буруу чиглэнэ. Бор нь бериллээс доош, учир нь түүний гаднах электрон 2p-д байх бөгөөд энэ нь энергиэрээ өндөр, 2s хосоор хэсэгчлэн экрандагдсан. Хүчилтөрөгч азотоос доош, учир нь түүний дөрөв дэх 2p электрон эзлэгдсэн орбиталд хосолох ёстой бөгөөд нэмэлт түлхэлцэл түүнийг салгахад хялбар болгодог.

Ижил хоёр уналт 3-р үед ч гарна: хөнгөн цагаан (577.5 kJ/mol) магнигаас (737.7 kJ/mol) доош, хүхэр (999.6 kJ/mol) фосфороос (1011.8 kJ/mol) доош. Давтагдах хэв маяг нь үүнийг нэг хачин элементээс биш дэд бүрхүүлийн бүтцээс гарсныг харуулна.

Дараалсан ионжих энерги ба валентын электронууд

Дараалсан ионжих энерги бүр өмнөхөөсөө том, учир нь электрон бүр улам эерэг ионоос гардаг. Үсрэлт бүрийн хэмжээ нь ашигтай мэдээлэл. Дунд зэргийн өсөлт нь дараагийн электрон ижил валентын бүрхүүлээс гарч байгааг, маш том үсрэлт нь цөмд ойр, хавьгүй бага экрандагдсан дотоод бүрхүүлээс гарах ёстойг илтгэнэ.

3-р жишээ. NIST магнийн эхний гурван ионжих энергийг 7.646, 15.035, 80.144 eV гэж өгдөг. Хөрвүүлвэл: 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. IE₂/IE₁ харьцаа 1450.7 / 737.7 = 1.97, харин IE₃/IE₂ нь 7732.7 / 1450.7 = 5.33. Хоёр дахь электроны дараах том үсрэлт нь магнид [Ne] 3s² гэсэн хоёр валентын электрон байгааг харуулж, ердийн химид яагаад Mg²⁺ үүсгэдэг боловч Mg³⁺ үүсгэдэггүйг тайлбарлана.

Натри үсрэлтийг нэг алхам эрт үзүүлнэ. Түүний хоёр дахь ионжих энерги 4562.4 kJ/mol нь эхнийхээсээ (495.8 kJ/mol) ойролцоогоор 9.2 дахин их, учир нь хоёр дахь электрон 2p цөмөөс гарах ёстой.

Электрон хандлага ба цахилгаан сөрөг чанар

Электрон хандлага нь хийн атом электрон авах үеийн энергийн өөрчлөлтийг дүрсэлдэг: X(g) + e⁻ → X⁻(g). Тэмдгийн хэлэлцээр ялгаатай. OpenStax зэрэг зарим сурах бичиг энергийн өөрчлөлтийг, энерги ялгарахад сөрөг утгаар тайлагнадаг; бусад нь ялгарсан энергийг эерэг тоогоор тайлагнадаг. Утгуудыг харьцуулахаасаа өмнө хэлэлцээрийг шалга. Язгуур хийнээс бусад үед үеийн баруун тал руу байгаа атомууд хамгийн их энерги ялгаруулдаг, учир нь тэдний өндөр Zeff орж ирж буй электроныг хүчтэй татдаг.

Электрон хандлага нь ионжих энергиэс бага тогтмол. NIST Chemistry WebBook-ийн 3.613 ба 3.401 eV утгад үндэслэвэл хлор фторын 328 kJ/mol-тэй харьцуулахад ойролцоогоор 349 kJ/mol-оор илүү энерги ялгаруулдаг. Фторын нягт 2p дэд бүрхүүлд нэмэгдсэн электрон илүү хүчтэй түлхэлцэлтэй тулгардаг. Бери, азот, язгуур хийнүүд тогтвортой хийн анион үүсгэх хандлага бага эсвэл огт байхгүй, учир нь нэмсэн электрон илүү өндөр дэд бүрхүүлд орох эсвэл хагас дүүрсэн нэгэнд хосолох байсан.

Цахилгаан сөрөг чанар нь молекул дахь атомын холбооны электронуудыг татах чадвар. Ионжих энергиэс ялгаатай нь үүнийг тусгаарлагдсан атомаар хэмждэггүй; холбооны энерги эсвэл бусад өгөгдлөөс гаргадаг бөгөөд Паулингийн шкал хамгийн өргөн хэрэглэгддэг. Фтор хамгийн өндөр, ойролцоогоор 4.0. Цахилгаан сөрөг чанар үеийн дагуу өсч, бүлгийн дагуу доош буурдаг тул холбооны туйлшрал H–F-ээс H–Cl, H–Br-ээр дамжин H–I хүртэл буурна.

Үелэх хуулийн хандлагыг тайлбарлахад гардаг түгээмэл алдаа

Хандлагын асуултыг ихэвчлэн зөвхөн дарааллаар биш тайлбараар нь үнэлдэг.

Бүрэн тайлбар нь харьцуулалтыг нэрлэж (ижил бүрхүүл эсвэл өөр бүрхүүл), Zeff эсвэл зайд юу болохыг зааж, тэр өөрчлөлтийг тухайн электрон дээр үйлчлэх хүчтэй холбоно.

• Атом илүү олон электронтой учир жижиг гэж хэлэх. Үеийн дагуу электронууд ижил бүрхүүлд орно; Zeff өсдөг учраас хэмжээ буурдаг.
• Бүлгийн хандлагыг зөвхөн "илүү олон бүрхүүл"-ээр тайлбарлаж, бүлгийн дагуу доош Zeff бага өөрчлөгддөгийг дурдахгүй байх.
• Ионжих энергийг үеийн дагуу хатуу өсдөг гэж үзэх. 2-оос 13-р бүлэг, 15-аас 16-р бүлгийн алхмуудыг шалга.
• Ионуудыг изоэлектрон эсэхийг эхлээд шалгалгүй цөмийн цэнэгээр харьцуулах.
• Электрон хандлагын тэмдгийн хэлэлцээрийг хольж, илүү сөрөг тоог жижиг хандлага гэж дүгнэх.
• Радиусыг өөр хүснэгтүүдээс харьцуулах. Ковалент, металл, ионы радиусыг өөр өөрөөр тодорхойлдог.
• Атом юу "хүсдэг"-ээр тайлбарлах. Атомууд зорилгогүй; таталцал, зай, түлхэлцлээр тайлбарла.