Pengira Kadar Nuklear Berkesan

Pengenalan

Pengira kadar nuklear berkesan (Z_eff) adalah alat penting untuk memahami struktur atom dan tingkah laku kimia. Kadar nuklear berkesan mewakili caj nuklear sebenar yang dialami oleh elektron dalam atom berbilang elektron, mengambil kira kesan pelindung daripada elektron lain. Konsep asas ini membantu menjelaskan tren berkala dalam sifat atom, ikatan kimia, dan ciri spektroskopik.

Pengira kadar nuklear berkesan kami yang mesra pengguna menggunakan peraturan Slater untuk memberikan nilai Z_eff yang tepat untuk mana-mana unsur dalam jadual berkala. Dengan hanya memasukkan nombor atom dan memilih shell elektron yang berminat, anda boleh segera menentukan kadar nuklear berkesan yang dialami oleh elektron dalam shell tersebut.

Memahami kadar nuklear berkesan adalah penting untuk pelajar, pendidik, dan penyelidik dalam bidang kimia, fizik, dan sains bahan. Pengira ini memudahkan pengiraan yang kompleks sambil memberikan pandangan pendidikan tentang struktur atom dan tingkah laku elektron.

Apa itu Kadar Nuklear Berkesan?

Kadar nuklear berkesan (Z_eff) mewakili caj positif bersih yang dialami oleh elektron dalam atom berbilang elektron. Walaupun nukleus mengandungi proton dengan caj positif yang sama dengan nombor atom (Z), elektron tidak mengalami caj nuklear penuh ini kerana kesan pelindung (juga dipanggil penapisan) daripada elektron lain.

Hubungan antara caj nuklear sebenar dan caj nuklear berkesan diberikan oleh:

$Z_{eff} = Z - S$

Di mana:

• Z_eff adalah kadar nuklear berkesan
• Z adalah nombor atom (bilangan proton)
• S adalah pemalar penapisan (jumlah caj nuklear yang ditapis oleh elektron lain)

Kadar nuklear berkesan menjelaskan banyak tren berkala termasuk:

• Jari-jari atom: Apabila Z_eff meningkat, elektron ditarik lebih rapat ke arah nukleus, mengurangkan jari-jari atom
• Tenaga ionisasi: Z_eff yang lebih tinggi bermakna elektron dipegang lebih rapat, meningkatkan tenaga ionisasi
• Afiniti elektron: Z_eff yang lebih tinggi secara amnya membawa kepada tarikan yang lebih kuat untuk elektron tambahan
• Elektronegativiti: Unsur dengan Z_eff yang lebih tinggi cenderung untuk menarik elektron yang dikongsi dengan lebih kuat

Peraturan Slater untuk Mengira Kadar Nuklear Berkesan

Pada tahun 1930, ahli fizik John C. Slater mengembangkan satu set peraturan untuk menganggarkan pemalar penapisan (S) dalam atom berbilang elektron. Peraturan ini memberikan kaedah sistematik untuk menganggarkan kadar nuklear berkesan tanpa memerlukan pengiraan mekanik kuantum yang kompleks.

Pengelompokan Elektron dalam Peraturan Slater

Peraturan Slater bermula dengan mengelompokkan elektron dalam urutan berikut:

1. (1s)
2. (2s, 2p)
3. (3s, 3p)
4. (3d)
5. (4s, 4p)
6. (4d)
7. (4f)
8. (5s, 5p) ... dan seterusnya

Pemalar Penapisan Mengikut Peraturan Slater

Sumbangan kepada pemalar penapisan daripada kumpulan elektron yang berbeza mengikuti peraturan ini:

1. Elektron dalam kumpulan yang lebih tinggi daripada elektron yang berminat menyumbang 0.00 kepada pemalar penapisan
2. Elektron dalam kumpulan yang sama dengan elektron yang berminat:
   • Untuk elektron 1s: elektron lain dalam kumpulan menyumbang 0.30 kepada S
   • Untuk elektron ns dan np: elektron lain dalam kumpulan menyumbang 0.35 kepada S
   • Untuk elektron nd dan nf: elektron lain dalam kumpulan menyumbang 0.35 kepada S
3. Elektron dalam kumpulan yang lebih rendah daripada elektron yang berminat menyumbang:
   • 0.85 kepada S untuk setiap elektron dalam shell (n-1)
   • 1.00 kepada S untuk setiap elektron dalam shell yang lebih rendah daripada (n-1)

Contoh Pengiraan

Untuk atom karbon (Z = 6) dengan konfigurasi elektron 1s²2s²2p²:

Untuk mencari Z_eff bagi elektron 2p:

• Kumpulan 1: (1s²) menyumbang 2 × 0.85 = 1.70 kepada S
• Kumpulan 2: (2s²2p¹) elektron lain dalam kumpulan yang sama menyumbang 3 × 0.35 = 1.05 kepada S
• Jumlah pemalar penapisan: S = 1.70 + 1.05 = 2.75
• Kadar nuklear berkesan: Z_eff = 6 - 2.75 = 3.25

Ini bermakna elektron 2p dalam karbon mengalami kadar nuklear berkesan kira-kira 3.25 dan bukannya caj nuklear penuh 6.

Cara Menggunakan Pengira Kadar Nuklear Berkesan

Pengira kami memudahkan proses kompleks dalam menerapkan peraturan Slater. Ikuti langkah-langkah ini untuk mengira kadar nuklear berkesan untuk mana-mana unsur:

1. Masukkan Nombor Atom (Z): Masukkan nombor atom unsur yang anda minati (1-118)
2. Pilih Shell Elektron (n): Pilih nombor kuantum utama (shell) untuk yang anda ingin mengira kadar nuklear berkesan
3. Lihat Hasilnya: Pengira akan segera memaparkan kadar nuklear berkesan (Z_eff) yang dialami oleh elektron dalam shell tersebut
4. Jelajahi Visualisasi: Perhatikan visualisasi atom yang menunjukkan nukleus dan shell elektron, dengan shell yang dipilih disorot

Pengira secara automatik mengesahkan input anda untuk memastikan ia bermakna secara fizikal. Sebagai contoh, anda tidak boleh memilih shell elektron yang tidak wujud untuk unsur tertentu.

Memahami Hasil

Kadar nuklear berkesan yang dikira memberitahu anda betapa kuatnya elektron dalam shell yang ditentukan ditarik ke arah nukleus. Nilai yang lebih tinggi menunjukkan tarikan yang lebih kuat, yang secara amnya berkorelasi dengan:

• Jari-jari atom yang lebih kecil
• Tenaga ionisasi yang lebih tinggi
• Elektronegativiti yang lebih besar
• Keupayaan pengikatan yang lebih kuat

Ciri Visualisasi

Visualisasi atom dalam pengira kami memberikan representasi intuitif tentang:

• Nukleus, yang dilabel dengan nombor atom
• Shell elektron sebagai bulatan konsentrik di sekeliling nukleus
• Penyorotan shell yang dipilih untuk mana Z_eff dikira

Visualisasi ini membantu membina intuisi tentang struktur atom dan hubungan antara shell elektron dan caj nuklear.

Kes Penggunaan untuk Pengiraan Kadar Nuklear Berkesan

Memahami kadar nuklear berkesan mempunyai banyak aplikasi dalam kimia, fizik, dan bidang berkaitan:

1. Aplikasi Pendidikan

• Mengajar Tren Berkala: Menunjukkan mengapa jari-jari atom berkurang merentasi satu tempoh dan meningkat ke bawah kumpulan
• Menjelaskan Tingkah Laku Pengikatan: Mengilustrasikan mengapa unsur dengan kadar nuklear berkesan yang lebih tinggi membentuk ikatan yang lebih kuat
• Memahami Spektroskopi: Membantu pelajar memahami mengapa spektrum emisi dan penyerapan berbeza antara unsur

2. Aplikasi Penyelidikan

• Kimia Komputasi: Menyediakan parameter awal untuk pengiraan mekanik kuantum yang lebih kompleks
• Sains Bahan: Meramalkan sifat bahan novel berdasarkan ciri atom
• Reka Bentuk Ubat: Memahami pengagihan elektron dalam molekul untuk pembangunan farmaseutikal

3. Aplikasi Praktikal

• Kejuruteraan Kimia: Mengoptimumkan pemangkin berdasarkan sifat elektronik unsur
• Reka Bentuk Separuh Penebat: Memilih dopan yang sesuai berdasarkan ciri elektronik mereka
• Teknologi Bateri: Membangunkan bahan elektrod yang lebih baik dengan sifat elektronik yang diingini

Alternatif

Walaupun peraturan Slater menyediakan kaedah yang mudah untuk menganggarkan kadar nuklear berkesan, terdapat pendekatan alternatif:

1. Pengiraan Mekanik Kuantum: Kaedah yang lebih tepat tetapi memerlukan pengiraan yang intensif seperti Hartree-Fock atau teori fungsi ketumpatan (DFT)
2. Kadar Nuklear Berkesan Clementi-Raimondi: Nilai yang diperoleh secara empirik berdasarkan data eksperimen
3. Zeff daripada Spektra Atom: Menentukan kadar nuklear berkesan daripada pengukuran spektroskopik
4. Kaedah Medan Konsisten Sendiri: Pendekatan iteratif yang mengira pengagihan elektron dan kadar nuklear berkesan secara serentak

Setiap kaedah mempunyai kelebihan dan kekurangan, dengan peraturan Slater menawarkan keseimbangan yang baik antara ketepatan dan kesederhanaan untuk tujuan pendidikan dan banyak tujuan praktikal.

Sejarah Konsep Kadar Nuklear Berkesan

Konsep kadar nuklear berkesan telah berkembang seiring dengan pemahaman kita tentang struktur atom:

Model Atom Awal

Pada awal abad ke-20, saintis seperti J.J. Thomson dan Ernest Rutherford telah menetapkan struktur asas atom dengan nukleus yang bercaj positif dikelilingi oleh elektron. Namun, model-model ini tidak dapat menjelaskan tren berkala dalam sifat unsur.

Model Bohr dan Seterusnya

Model Niels Bohr pada tahun 1913 memperkenalkan orbit elektron yang kuantized tetapi masih menganggap elektron sebagai zarah bebas. Ia menjadi jelas bahawa interaksi elektron-elektron adalah penting untuk memahami atom berbilang elektron.

Pembangunan Peraturan Slater

Pada tahun 1930, John C. Slater menerbitkan kertas kerjanya yang penting "Pemalar Pelindung Atom" dalam Physical Review. Beliau memperkenalkan satu set peraturan empirik untuk menganggarkan kesan pelindung dalam atom berbilang elektron, memberikan kaedah praktikal untuk mengira kadar nuklear berkesan tanpa menyelesaikan persamaan Schrödinger penuh.

Penambahbaikan Moden

Sejak kerja asal Slater, pelbagai penambahbaikan telah dicadangkan:

• Nilai Clementi-Raimondi (1963): Enrico Clementi dan Daniele Raimondi menerbitkan nilai Z_eff yang lebih tepat berdasarkan pengiraan Hartree-Fock
• Kaedah Mekanik Kuantum: Pembangunan pendekatan pengiraan yang mengira pengagihan ketumpatan elektron dengan ketepatan yang semakin meningkat
• Kesan Relativistik: Pengiktirafan bahawa bagi unsur berat, kesan relativistik memberi impak yang ketara kepada kadar nuklear berkesan

Hari ini, walaupun terdapat kaedah yang lebih canggih, peraturan Slater tetap berharga untuk tujuan pendidikan dan sebagai titik permulaan untuk pengiraan yang lebih kompleks.

Contoh Kod untuk Mengira Kadar Nuklear Berkesan

Berikut adalah pelaksanaan peraturan Slater dalam pelbagai bahasa pengaturcaraan:

1def calculate_effective_nuclear_charge(atomic_number, electron_shell):
2    """
3    Mengira kadar nuklear berkesan menggunakan peraturan Slater
4    
5    Parameter:
6    atomic_number (int): Nombor atom unsur
7    electron_shell (int): Nombor kuantum utama shell
8    
9    Mengembalikan:
10    float: Kadar nuklear berkesan
11    """
12    if atomic_number < 1:
13        raise ValueError("Nombor atom mesti sekurang-kurangnya 1")
14        
15    if electron_shell < 1 or electron_shell > max_shell_for_element(atomic_number):
16        raise ValueError("Shell elektron tidak sah untuk unsur ini")
17    
18    # Mengira pemalar penapisan menggunakan peraturan Slater
19    screening_constant = 0
20    
21    # Pelaksanaan ringkas untuk unsur biasa
22    if electron_shell == 1:  # Shell K
23        if atomic_number == 1:  # Hidrogen
24            screening_constant = 0
25        elif atomic_number == 2:  # Helium
26            screening_constant = 0.3
27        else:
28            screening_constant = 0.3 * (atomic_number - 1)
29    elif electron_shell == 2:  # Shell L
30        if atomic_number <= 4:  # Li, Be
31            screening_constant = 1.7
32        elif atomic_number <= 10:  # B hingga Ne
33            screening_constant = 1.7 + 0.35 * (atomic_number - 4)
34        else:
35            screening_constant = 3.25 + 0.5 * (atomic_number - 10)
36    
37    # Mengira kadar nuklear berkesan
38    effective_charge = atomic_number - screening_constant
39    
40    return effective_charge
41
42def max_shell_for_element(atomic_number):
43    """Menentukan nombor shell maksimum untuk unsur"""
44    if atomic_number < 3:
45        return 1
46    elif atomic_number < 11:
47        return 2
48    elif atomic_number < 19:
49        return 3
50    elif atomic_number < 37:
51        return 4
52    elif atomic_number < 55:
53        return 5
54    elif atomic_number < 87:
55        return 6
56    else:
57        return 7
58

1function calculateEffectiveNuclearCharge(atomicNumber, electronShell) {
2  // Validasi input
3  if (atomicNumber < 1) {
4    throw new Error("Nombor atom mesti sekurang-kurangnya 1");
5  }
6  
7  const maxShell = getMaxShellForElement(atomicNumber);
8  if (electronShell < 1 || electronShell > maxShell) {
9    throw new Error("Shell elektron tidak sah untuk unsur ini");
10  }
11  
12  // Mengira pemalar penapisan menggunakan peraturan Slater
13  let screeningConstant = 0;
14  
15  // Pelaksanaan ringkas untuk unsur biasa
16  if (electronShell === 1) {  // Shell K
17    if (atomicNumber === 1) {  // Hidrogen
18      screeningConstant = 0;
19    } else if (atomicNumber === 2) {  // Helium
20      screeningConstant = 0.3;
21    } else {
22      screeningConstant = 0.3 * (atomicNumber - 1);
23    }
24  } else if (electronShell === 2) {  // Shell L
25    if (atomicNumber <= 4) {  // Li, Be
26      screeningConstant = 1.7;
27    } else if (atomicNumber <= 10) {  // B hingga Ne
28      screeningConstant = 1.7 + 0.35 * (atomicNumber - 4);
29    } else {
30      screeningConstant = 3.25 + 0.5 * (atomicNumber - 10);
31    }
32  }
33  
34  // Mengira kadar nuklear berkesan
35  const effectiveCharge = atomicNumber - screeningConstant;
36  
37  return effectiveCharge;
38}
39
40function getMaxShellForElement(atomicNumber) {
41  if (atomicNumber < 3) return 1;
42  if (atomicNumber < 11) return 2;
43  if (atomicNumber < 19) return 3;
44  if (atomicNumber < 37) return 4;
45  if (atomicNumber < 55) return 5;
46  if (atomicNumber < 87) return 6;
47  return 7;
48}
49

1public class EffectiveNuclearChargeCalculator {
2    public static double calculateEffectiveNuclearCharge(int atomicNumber, int electronShell) {
3        // Validasi input
4        if (atomicNumber < 1) {
5            throw new IllegalArgumentException("Nombor atom mesti sekurang-kurangnya 1");
6        }
7        
8        int maxShell = getMaxShellForElement(atomicNumber);
9        if (electronShell < 1 || electronShell > maxShell) {
10            throw new IllegalArgumentException("Shell elektron tidak sah untuk unsur ini");
11        }
12        
13        // Mengira pemalar penapisan menggunakan peraturan Slater
14        double screeningConstant = 0;
15        
16        // Pelaksanaan ringkas untuk unsur biasa
17        if (electronShell == 1) {  // Shell K
18            if (atomicNumber == 1) {  // Hidrogen
19                screeningConstant = 0;
20            } else if (atomicNumber == 2) {  // Helium
21                screeningConstant = 0.3;
22            } else {
23                screeningConstant = 0.3 * (atomicNumber - 1);
24            }
25        } else if (electronShell == 2) {  // Shell L
26            if (atomicNumber <= 4) {  // Li, Be
27                screeningConstant = 1.7;
28            } else if (atomicNumber <= 10) {  // B hingga Ne
29                screeningConstant = 1.7 + 0.35 * (atomicNumber - 4);
30            } else {
31                screeningConstant = 3.25 + 0.5 * (atomicNumber - 10);
32            }
33        }
34        
35        // Mengira kadar nuklear berkesan
36        double effectiveCharge = atomicNumber - screeningConstant;
37        
38        return effectiveCharge;
39    }
40    
41    private static int getMaxShellForElement(int atomicNumber) {
42        if (atomicNumber < 3) return 1;
43        if (atomicNumber < 11) return 2;
44        if (atomicNumber < 19) return 3;
45        if (atomicNumber < 37) return 4;
46        if (atomicNumber < 55) return 5;
47        if (atomicNumber < 87) return 6;
48        return 7;
49    }
50    
51    public static void main(String[] args) {
52        // Contoh: Mengira Zeff untuk elektron 2p dalam Karbon (Z=6)
53        int atomicNumber = 6;
54        int electronShell = 2;
55        double zeff = calculateEffectiveNuclearCharge(atomicNumber, electronShell);
56        System.out.printf("Kadar nuklear berkesan untuk shell %d dalam unsur %d: %.2f%n", 
57                          electronShell, atomicNumber, zeff);
58    }
59}
60

1' Fungsi Excel VBA untuk Kadar Nuklear Berkesan
2Function EffectiveNuclearCharge(atomicNumber As Integer, electronShell As Integer) As Double
3    ' Validasi input
4    If atomicNumber < 1 Then
5        EffectiveNuclearCharge = CVErr(xlErrValue)
6        Exit Function
7    End If
8    
9    Dim maxShell As Integer
10    maxShell = MaxShellForElement(atomicNumber)
11    
12    If electronShell < 1 Or electronShell > maxShell Then
13        EffectiveNuclearCharge = CVErr(xlErrValue)
14        Exit Function
15    End If
16    
17    ' Mengira pemalar penapisan menggunakan peraturan Slater
18    Dim screeningConstant As Double
19    screeningConstant = 0
20    
21    ' Pelaksanaan ringkas untuk unsur biasa
22    If electronShell = 1 Then  ' Shell K
23        If atomicNumber = 1 Then  ' Hidrogen
24            screeningConstant = 0
25        ElseIf atomicNumber = 2 Then  ' Helium
26            screeningConstant = 0.3
27        Else
28            screeningConstant = 0.3 * (atomicNumber - 1)
29        End If
30    ElseIf electronShell = 2 Then  ' Shell L
31        If atomicNumber <= 4 Then  ' Li, Be
32            screeningConstant = 1.7
33        ElseIf atomicNumber <= 10 Then  ' B hingga Ne
34            screeningConstant = 1.7 + 0.35 * (atomicNumber - 4)
35        Else
36            screeningConstant = 3.25 + 0.5 * (atomicNumber - 10)
37        End If
38    End If
39    
40    ' Mengira kadar nuklear berkesan
41    EffectiveNuclearCharge = atomicNumber - screeningConstant
42End Function
43
44Function MaxShellForElement(atomicNumber As Integer) As Integer
45    If atomicNumber < 3 Then
46        MaxShellForElement = 1
47    ElseIf atomicNumber < 11 Then
48        MaxShellForElement = 2
49    ElseIf atomicNumber < 19 Then
50        MaxShellForElement = 3
51    ElseIf atomicNumber < 37 Then
52        MaxShellForElement = 4
53    ElseIf atomicNumber < 55 Then
54        MaxShellForElement = 5
55    ElseIf atomicNumber < 87 Then
56        MaxShellForElement = 6
57    Else
58        MaxShellForElement = 7
59    End If
60End Function
61

1#include <iostream>
2#include <stdexcept>
3#include <cmath>
4
5// Mendapatkan nombor shell maksimum untuk unsur
6int getMaxShellForElement(int atomicNumber) {
7    if (atomicNumber < 3) return 1;
8    if (atomicNumber < 11) return 2;
9    if (atomicNumber < 19) return 3;
10    if (atomicNumber < 37) return 4;
11    if (atomicNumber < 55) return 5;
12    if (atomicNumber < 87) return 6;
13    return 7;
14}
15
16// Mengira kadar nuklear berkesan menggunakan peraturan Slater
17double calculateEffectiveNuclearCharge(int atomicNumber, int electronShell) {
18    // Validasi input
19    if (atomicNumber < 1) {
20        throw std::invalid_argument("Nombor atom mesti sekurang-kurangnya 1");
21    }
22    
23    int maxShell = getMaxShellForElement(atomicNumber);
24    if (electronShell < 1 || electronShell > maxShell) {
25        throw std::invalid_argument("Shell elektron tidak sah untuk unsur ini");
26    }
27    
28    // Mengira pemalar penapisan menggunakan peraturan Slater
29    double screeningConstant = 0.0;
30    
31    // Pelaksanaan ringkas untuk unsur biasa
32    if (electronShell == 1) {  // Shell K
33        if (atomicNumber == 1) {  // Hidrogen
34            screeningConstant = 0.0;
35        } else if (atomicNumber == 2) {  // Helium
36            screeningConstant = 0.3;
37        } else {
38            screeningConstant = 0.3 * (atomicNumber - 1);
39        }
40    } else if (electronShell == 2) {  // Shell L
41        if (atomicNumber <= 4) {  // Li, Be
42            screeningConstant = 1.7;
43        } else if (atomicNumber <= 10) {  // B hingga Ne
44            screeningConstant = 1.7 + 0.35 * (atomicNumber - 4);
45        } else {
46            screeningConstant = 3.25 + 0.5 * (atomicNumber - 10);
47        }
48    }
49    
50    // Mengira kadar nuklear berkesan
51    double effectiveCharge = atomicNumber - screeningConstant;
52    
53    return effectiveCharge;
54}
55
56int main() {
57    try {
58        // Contoh: Mengira Zeff untuk elektron 2p dalam Karbon (Z=6)
59        int atomicNumber = 6;
60        int electronShell = 2;
61        double zeff = calculateEffectiveNuclearCharge(atomicNumber, electronShell);
62        std::cout << "Kadar nuklear berkesan untuk shell " << electronShell 
63                  << " dalam unsur " << atomicNumber << ": " << zeff << std::endl;
64    } catch (const std::exception& e) {
65        std::cerr << "Ralat: " << e.what() << std::endl;
66        return 1;
67    }
68    
69    return 0;
70}
71

Kes Istimewa dan Pertimbangan

Logam Peralihan dan d-Orbital

Bagi logam peralihan dengan d-orbital yang separuh terisi, peraturan Slater memerlukan perhatian khas. Elektron d kurang berkesan dalam melindungi berbanding elektron s dan p, yang menyebabkan kadar nuklear berkesan lebih tinggi daripada yang mungkin dijangkakan berdasarkan pengiraan elektron yang mudah.

Unsur Berat dan Kesan Relativistik

Bagi unsur dengan nombor atom lebih besar daripada kira-kira 70, kesan relativistik menjadi ketara. Kesan ini menyebabkan elektron dalam mengelilingi bergerak lebih cepat dan berputar lebih dekat ke nukleus, mengubah keberkesanan pelindung mereka. Pengira kami melaksanakan pembetulan yang sesuai untuk unsur-unsur ini.

Ion

Bagi ion (atom yang telah kehilangan atau memperoleh elektron), pengiraan kadar nuklear berkesan mesti mengambil kira konfigurasi elektron yang berubah:

• Kation (ion bercaj positif): Dengan kurang elektron, terdapat kurang pelindungan, yang menghasilkan kadar nuklear berkesan yang lebih tinggi untuk elektron yang tinggal
• Anion (ion bercaj negatif): Dengan lebih banyak elektron, terdapat peningkatan pelindungan, yang menghasilkan kadar nuklear berkesan yang lebih rendah

Keadaan Teruja

Pengira menganggap konfigurasi elektron keadaan asas. Bagi atom dalam keadaan teruja (di mana elektron telah dipromosikan ke tahap tenaga yang lebih tinggi), kadar nuklear berkesan akan berbeza daripada nilai yang dikira.

Soalan Lazim

Apa itu kadar nuklear berkesan?

Kadar nuklear berkesan (Z_eff) adalah caj positif bersih yang dialami oleh elektron dalam atom berbilang elektron selepas mengambil kira kesan pelindung daripada elektron lain. Ia dikira sebagai caj nuklear sebenar (nombor atom) tolak pemalar penapisan.

Mengapa kadar nuklear berkesan penting?

Kadar nuklear berkesan menjelaskan banyak tren berkala dalam sifat unsur, termasuk jari-jari atom, tenaga ionisasi, afiniti elektron, dan elektronegativiti. Ia adalah konsep asas untuk memahami struktur atom dan ikatan kimia.

Seberapa tepat peraturan Slater?

Peraturan Slater memberikan anggaran yang baik untuk kadar nuklear berkesan, terutamanya bagi unsur kumpulan utama. Bagi logam peralihan, lanthanides, dan actinides, anggaran kurang tepat tetapi masih berguna untuk pemahaman kualitatif. Nilai yang lebih tepat memerlukan pengiraan mekanik kuantum.

Bagaimana kadar nuklear berkesan berubah merentasi jadual berkala?

Kadar nuklear berkesan secara amnya meningkat dari kiri ke kanan merentasi satu tempoh disebabkan oleh peningkatan caj nuklear dengan pelindungan tambahan yang minimum. Ia biasanya menurun ke bawah satu kumpulan apabila shell baru ditambah, meningkatkan jarak antara elektron luar dan nukleus.

Bolehkah kadar nuklear berkesan menjadi negatif?

Tidak, kadar nuklear berkesan tidak boleh menjadi negatif. Pemalar penapisan (S) sentiasa kurang daripada nombor atom (Z), memastikan bahawa Z_eff kekal positif.

Bagaimana kadar nuklear berkesan mempengaruhi jari-jari atom?

Kadar nuklear berkesan yang lebih tinggi menarik elektron lebih kuat ke arah nukleus, menghasilkan jari-jari atom yang lebih kecil. Ini menjelaskan mengapa jari-jari atom secara amnya berkurang merentasi satu tempoh dan meningkat ke bawah satu kumpulan dalam jadual berkala.

Mengapa elektron valensi mengalami kadar nuklear berkesan yang berbeza daripada elektron teras?

Elektron teras (yang berada dalam shell dalam) melindungi elektron valensi daripada caj nuklear penuh. Elektron valensi biasanya mengalami kadar nuklear berkesan yang lebih rendah daripada elektron teras kerana mereka lebih jauh dari nukleus dan mengalami lebih banyak pelindungan.

Bagaimana kadar nuklear berkesan berkaitan dengan tenaga ionisasi?

Kadar nuklear berkesan yang lebih tinggi bermakna elektron dipegang lebih kuat kepada nukleus, memerlukan lebih banyak tenaga untuk mengeluarkannya. Ini menghasilkan tenaga ionisasi yang lebih tinggi bagi unsur dengan kadar nuklear berkesan yang lebih besar.

Bolehkah kadar nuklear berkesan diukur secara eksperimen?

Kadar nuklear berkesan tidak boleh diukur secara langsung tetapi boleh disimpulkan daripada data eksperimen seperti spektra atom, tenaga ionisasi, dan pengukuran penyerapan sinar-X.

Bagaimana kadar nuklear berkesan mempengaruhi pengikatan kimia?

Unsur dengan kadar nuklear berkesan yang lebih tinggi cenderung untuk menarik elektron yang dikongsi dengan lebih kuat dalam ikatan kimia, membawa kepada elektronegativiti yang lebih tinggi dan kecenderungan yang lebih besar untuk membentuk ikatan ionik atau kovalen polar.

Rujukan

1. Slater, J.C. (1930). "Pemalar Pelindung Atom". Physical Review. 36 (1): 57–64. doi:10.1103/PhysRev.36.57

2. Clementi, E.; Raimondi, D.L. (1963). "Pemalar Penapisan Atom dari Fungsi SCF". The Journal of Chemical Physics. 38 (11): 2686–2689. doi:10.1063/1.1733573

3. Levine, I.N. (2013). Kimia Kuantum (edisi ke-7). Pearson. ISBN 978-0321803450

4. Atkins, P.; de Paula, J. (2014). Kimia Fizik Atkins (edisi ke-10). Oxford University Press. ISBN 978-0199697403

5. Housecroft, C.E.; Sharpe, A.G. (2018). Kimia Anorganik (edisi ke-5). Pearson. ISBN 978-1292134147

6. Cotton, F.A.; Wilkinson, G.; Murillo, C.A.; Bochmann, M. (1999). Kimia Anorganik Lanjutan (edisi ke-6). Wiley. ISBN 978-0471199571

7. Miessler, G.L.; Fischer, P.J.; Tarr, D.A. (2014). Kimia Anorganik (edisi ke-5). Pearson. ISBN 978-0321811059

8. "Kadar Nuklear Berkesan." Chemistry LibreTexts, https://chem.libretexts.org/Bookshelves/Physical_and_Theoretical_Chemistry_Textbook_Maps/Supplemental_Modules_(Physical_and_Theoretical_Chemistry)/Electronic_Structure_of_Atoms_and_Molecules/Electronic_Configurations/Effective_Nuclear_Charge

9. "Peraturan Slater." Wikipedia, Wikimedia Foundation, https://en.wikipedia.org/wiki/Slater%27s_rules

10. "Tren Berkala." Khan Academy, https://www.khanacademy.org/science/ap-chemistry-beta/x2eef969c74e0d802:atomic-structure-and-properties/x2eef969c74e0d802:periodic-trends/a/periodic-trends-and-coulombs-law

Cubalah Pengira Kadar Nuklear Berkesan Kami Hari Ini

Pengira kami yang mesra pengguna memudahkan untuk menentukan kadar nuklear berkesan untuk mana-mana unsur dan shell elektron. Hanya masukkan nombor atom, pilih shell yang berminat, dan lihat hasilnya dengan segera. Visualisasi interaktif membantu membina intuisi tentang struktur atom dan tingkah laku elektron.

Sama ada anda seorang pelajar yang belajar tentang tren berkala, pendidik yang mengajar struktur atom, atau penyelidik yang memerlukan anggaran cepat kadar nuklear berkesan, pengira kami memberikan maklumat yang anda perlukan dalam format yang jelas dan mudah diakses.

Mulakan menjelajahi kadar nuklear berkesan dan implikasinya terhadap sifat atom dan tingkah laku kimia hari ini!