EFFEKTIVE NUKLEARE LADUNG VON KALIUM: WAS ES IST UND BEISPIELE - CHEMIE - 2025

Die effektive Kernladung von Kalium beträgt +1. Die effektive Kernladung ist die gesamte positive Ladung, die von einem Elektron wahrgenommen wird, das zu einem Atom mit mehr als einem Elektron gehört. Der Begriff "effektiv" beschreibt den Abschirmeffekt, den Elektronen in der Nähe des Kerns von ihrer negativen Ladung ausüben, um Elektronen vor höheren Orbitalen zu schützen.

Diese Eigenschaft steht in direktem Zusammenhang mit anderen Eigenschaften von Elementen, wie z. B. ihren atomaren Dimensionen oder ihrer Disposition zur Bildung von Ionen. Auf diese Weise liefert der Begriff der effektiven Kernladung ein besseres Verständnis der Folgen des Schutzes für die periodischen Eigenschaften der Elemente.

Zusätzlich führt bei Atomen mit mehr als einem Elektron - das heißt bei polyelektronischen Atomen - das Vorhandensein der Abschirmung der Elektronen zu einer Abnahme der elektrostatischen Anziehungskräfte, die zwischen den Protonen (positiv geladenen Teilchen) des Atomkerns bestehen. und Elektronen auf äußeren Ebenen.

Im Gegensatz dazu wirkt die Kraft, mit der sich Elektronen in polyelektronischen Atomen gegenseitig abstoßen, den Auswirkungen der vom Kern auf diese entgegengesetzt geladenen Teilchen ausgeübten Anziehungskräfte entgegen.

Was ist die effektive Kernladung?

Wenn es sich um ein Atom handelt, das nur ein Elektron hat (Wasserstofftyp), nimmt dieses einzelne Elektron die positive Nettoladung des Kerns wahr. Im Gegenteil, wenn ein Atom mehr als ein Elektron hat, erfährt es die Anziehung aller externen Elektronen zum Kern und gleichzeitig die Abstoßung zwischen diesen Elektronen.

Im Allgemeinen wird gesagt, dass die Anziehungskräfte zwischen den Elektronen und dem Kern umso größer sind, je größer die effektive Kernladung eines Elements ist.

In ähnlicher Weise ist die Energie, die zu dem Orbital gehört, in dem sich diese äußeren Elektronen befinden, umso geringer, je größer dieser Effekt ist.

Bei den meisten Hauptgruppenelementen (auch repräsentative Elemente genannt) nimmt diese Eigenschaft von links nach rechts zu, im Periodensystem jedoch von oben nach unten ab.

Um den Wert der effektiven Kernladung eines Elektrons (Z _eff oder Z *) zu berechnen, wird die folgende von Slater vorgeschlagene Gleichung verwendet:

Z * = Z - S.

Z * bezieht sich auf die effektive Kernladung.

Z ist die Anzahl der im Atomkern vorhandenen Protonen (oder die Ordnungszahl).

S ist die durchschnittliche Anzahl von Elektronen, die sich zwischen dem Kern und dem untersuchten Elektron befinden (Anzahl von Elektronen, die keine Valenz sind).

Effektive nukleare Ladung von Kalium

Dies impliziert, dass mit 19 Protonen im Kern die Kernladung +19 beträgt. Wenn wir von einem neutralen Atom sprechen, bedeutet dies, dass es die gleiche Anzahl von Protonen und Elektronen hat (19).

In dieser Reihenfolge der Ideen wird die effektive Kernladung von Kalium durch eine arithmetische Operation berechnet, indem die Anzahl der internen Elektronen von der Kernladung subtrahiert wird, wie nachstehend ausgedrückt:

(+19 - 2 - 8 - 8 = +1)

Mit anderen Worten, das Valenzelektron wird durch 2 Elektronen aus der ersten Ebene (die dem Kern am nächsten liegt), 8 Elektronen aus der zweiten Ebene und 8 weitere Elektronen aus der dritten und vorletzten Ebene geschützt. Das heißt, diese 18 Elektronen üben einen Abschirmeffekt aus, der das letzte Elektron vor den Kräften schützt, die der Kern auf ihn ausübt.

Wie zu sehen ist, kann der Wert der effektiven Kernladung eines Elements durch seine Oxidationszahl bestimmt werden. Es ist zu beachten, dass für ein bestimmtes Elektron (auf jedem Energieniveau) die Berechnung der effektiven Kernladung unterschiedlich ist.

Beispiele für eine effektive nukleare Ladung von Kalium werden erläutert

Hier sind zwei Beispiele zur Berechnung der effektiven Kernladung, die von einem bestimmten Valenzelektronen an einem Kaliumatom wahrgenommen wird.

- Erstens wird seine elektronische Konfiguration in der folgenden Reihenfolge ausgedrückt: (1 s) (2 s, 2 p) (3 s, 3 p) (3 d) (4 s, 4 p) (4 d) (4 f) ) (5 s, 5 p) und so weiter.

- Kein Elektron rechts von der Gruppe (ns, np) trägt zur Berechnung bei.

- Jedes Elektron in der Gruppe (ns, np) trägt 0,35 bei. Jedes Elektron des (n-1) -Niveaus trägt 0,85 bei.

- Jedes Elektron der Stufe (n-2) oder niedriger trägt 1,00 bei.

- Wenn sich das geschützte Elektron in einer Gruppe (nd) oder (nf) befindet, trägt jedes Elektron einer Gruppe links von der Gruppe (nd) oder (nf) 1,00 bei.

Somit beginnt die Berechnung:

Erstes Beispiel

Für den Fall, dass sich das einzige Elektron in der äußersten Hülle des Atoms im 4-s-Orbital befindet, kann seine effektive Kernladung wie folgt bestimmt werden:

(1 s ² ) (2 s ² 2 p ⁵ ) (3 s ² 3 p ⁶ ) (3 d ⁶ ) (4 s ¹ )

Die durchschnittliche Anzahl von Elektronen, die nicht zum äußersten Niveau gehören, wird dann berechnet:

S = (8 × (0,85)) + (10 × 1,00)) = 16,80

Aus dem Wert von S berechnen wir Z *:

Z * = 19,00 - 16,80 = 2,20

Zweites Beispiel

In diesem zweiten Fall befindet sich das einzige Valenzelektron im 4-s-Orbital. Die effektive Kernladung kann auf folgende Weise bestimmt werden:

(1 s ² ) (2 s ² 2 p ⁶ ) (3 s ² 3 p ⁶ ) (3 d ¹ )

Wiederum wird die durchschnittliche Anzahl von Nichtvalenzelektronen berechnet:

S = (18 x (1,00)) = 18,00

Schließlich können wir mit dem Wert von S Z * berechnen:

Z * = 19.00 - 18.00 = 1.00

Fazit

Beim Vergleich der vorherigen Ergebnisse kann beobachtet werden, dass das im 4-s-Orbital vorhandene Elektron durch Kräfte, die größer sind als diejenigen, die das im 3-d-Orbital befindliche Elektron anziehen, vom Atomkern angezogen wird. Daher hat das Elektron im 4-s-Orbital eine geringere Energie als das im 3-d-Orbital.

Daraus wird geschlossen, dass sich ein Elektron im Grundzustand im 4-s-Orbital befinden kann, während es sich im 3D-Orbital im angeregten Zustand befindet.

Verweise

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