پرسش

با سلام
<div>مفهوم اثر پوششی و بار موثر هسته و روند تغییر انها در جدول تناوبی را توضیح می دهید؟ممنون</div>

پاسخ

به نام خدا و با سلام

در یك اتم چند الكترونی، بار منفی هر الكترون، مقداری از بار مثبت هسته‌ی آن اتم را خنثی كرده و از تاثیر تمامی بار مثبت آن بر الكترونهای دیگر، به میزان معینی می‌كاهد. عمل جلوگیری كردن الكترونها از تاثیر تمامی بار مثبت هسته بر الكترون مورد نظر در یك اتم یا یون، اصطلاحا" اثر پوششی آن الكترونها نامیده می‌شود.
هر چه الكترون به هسته نزدیكتر باشد، اثر كاهش بار مثبت هسته را برای الكترونهای خارجی‌تر بیشتر انجام می‌دهد. به عبارت دیگر می‌توان این طور بیان نمود كه الكترونهای داخلی و نزدیك به هسته، مانند سپری هستند كه جلوی بار مثبت هسته را گرفته و نمی‌گذارند الكترونهای خارجی‌تر، بار مثبت هسته را احساس كنند. هر چه الكترون دورتر قرار گرفته باشد، الكترونهای بیشتری برای آنها به عنوان سپر عمل كرده و درنتیجه الكترونهای خارجی‌تر آزادی عمل بیشتری داشته (زیرا از طرف هسته كمتر جذب می‌شوند) و درنهایت الكترونهای خارجی از هسته دور شده و درنتیجه شعاع اتمی افزایش می‌یابد.
كسری از واحد بار مثبت هسته كه به وسیله هر الكترون در آن اتم پوشیده می‌شود، به ثابت یا ضریب پوششی آن الكترون موسوم است و با علامت سیگما یا s نشان داده می‌شود.
مقداری از بار مثبت هسته كه پس از تاثیر اثر پوششی الكترونهای پوشش دهنده، از بار حقیقی هسته اتم (Ze) برای الكترون مورد نظر باقی می‌ماند، بار مؤثر هسته اتم برای آن الكترون نامیده می‌شود و از رابطه زیر قابل مقایسه است:
Z* = Ze – s
در رابطه بالا Ze بار واقعی هسته برابر با تعداد پروتونهای موجود در هسته می‌باشد. s ضریب پوششی یا مقدار باری است كه توسط كل الكترونهای داخلی از بار مثبت هسته كسر می‌شود و Z* بار مثبتی است كه توسط الكترون احساس می‌شود.
هر چه بار مؤثر هسته بیشتر باشد، شعاع اتمی كمتر می‌باشد، زیرا الكترونهای لایه خارجی، با بار مؤثر بیشتر یا به عبارت دیگر، با قدرت بیشتری توسط هسته به سمت داخل كشیده می‌شوند و درنتیجه شعاع اتمی كاهش می‌یابد.
در بسیاری از بررسیهای كمی به ویژه تعیین شعاع اتمی و یونی، انرژی الكترون، انرژی یونیزاسیون و ...، بار مؤثر هسته برای ما مهم می‌باشد. با وجود این، برای محاسبه این كمیت، روش كاملا" دقیقی وجود ندارد. اما دو روش كه با داده‌های تجربی بیشتر مطابقت دارد، روش اسلیتر و روش كلمانتی-ریموندی است. برای درك بیشتر مطلب فوق، به مثالی كه در آن بار مؤثر هسته به روش اسلیتر محاسبه شده است، توجه بفرمائید.
اسلیتر برای محاسبه بار مؤثر هسته، قواعدی به شرح زیر وضع نمود:
1- هر الكترونی كه در لایه خارجی‌تر و دورتری نسبت به الكترون مورد نظر قرار دارد، اثر پوششی آن برابر صفر است به عنوان مثال در اتمی، می‌خواهیم بار مؤثر هسته برای الكترون 3sرا محاسبه كنیم. برای الكترونهای موجود در این تراز، الكترونهایی كه در تراز 3p ،4s و بالاتر هستند، اثر پوششی ندارند و ثابت پوششی آنها صفر می‌باشد.
2- الكترونهایی كه در همان تراز اصلی الكترون مورد نظر ما هستند، ثابت پوششی برابر 35/0 است.
3- در تراز اصلی ماقبل تراز اصلی الكترون مورد نظر، ثابت پوششی برابر 85/0 است.
4- در ترازهای اصلی پایین تر از تراز ماقبلِ الكترون مورد نظر، ثابت پوششی برابر 1 واحد است. به عنوان مثال در زیر بار مؤثر هسته برای دو الكترون ظرفیت اتم سدیم و اتم آرگون كه در یك تناوب قرار دارند، محاسبه می‌شود تا روند كاهش شعاع اتمی را نیز ببینید:
11Na: 1s2, 2s2, 2p6, 3s1
با توجه به قواعد بالا، برای آخرین الكترون، الكترون موجود در تراز 3s محاسبات به صورت زیر می‌باشد:
S= 0 * 0.35 + 8 * 0.85 + 2*1= 8.8
Z* = 11 – 8.8 = 2.2
حال برای اتم آرگون:
18Ar: 1s2, 2s2, 2p6, 3s2, 3p6
s= 7 * 0.35 + 8* 0.85 + 2*1 = 11.25
Z* = 18 – 11.25= 6.75
مشاهده می‌فرمائید كه در اتم سدیم، الكترون لایه ظرفیت بار مثبتی معادل 2/2 را احساس می‌كند و درنتیجه با قدرت بسیار كمی توسط هسته كشیده می‌شود، درحالیكه الكترون آخر در آرگون با 75/6 بار مثبت را احساس می‌كند ، درنتیجه به نسبت الكترون ظرفیت سدیم با قدرت بسیار بیشتری به سمت هسته كشیده می‌شود و درنتیجه شعاع اتمی آرگون كاهش شدیدی می‌یابد.

بار موثر هسته یعنی میزان بار مثبت خالصی که از طرف هسته بر روی الکترونهای اتم اعمال می شود، هر چه بار موثر هسته بر روی الکترونها بیشتر باشد و هسته با قدرت بیشتری، الکترونها را به سمت خود جذب نماید،
- خاصیت فلزی کاهش می یابد (زیرا خاصیت فلزی یعنی الکترونها راحت تر از احاطه ی هسته خارج شوند و وارد دریای فلزی شوند)
-شعاع کاهش می یابد (البته در مورد اتمهایی که دارای تعداد لایه الکترونی یکسانی باشند)
- حجم کاهش می یابد
- اثر پوششی افزایش می یابد.
- الکترونگاتیوی افزایش می یابد زیرا با مثبت تر شدن بیشتر هسته، هسته تمایل بیشتری به جذب الکترون دارد و ...

برای مقایسه بار موثر هسته از سه عامل كمك می گیریم. ابتدا و مهمتر از همه
1) تعداد لایه های الكترونی كه هر چه تعداد لایه های الكترونی بیشتر باشد، بار موثر كمتر می باشد. اما بار رسم لایه های الكترونی ، می بینیم كه تعداد لایه های الكترونی این دو اتم برابر است، بنابراین به سراغ فاكتر بعد می رویم.
2) دومین عامل عدد اتمی است.هر چه عدد اتمی بیشتر ، بار موثر بیشتر، بنابراین بار موثر منیزیم بیشتر بوده و درنتیجه شعاع ان كوچكتر می باشد.
3) چنانچه عدد اتمی هر دو برابر بود، مانند هنگانیكه با یونها سروكار داریم، به سراغ تعداد الكترونهای لایه اخر می رویم كه هر چه بیشتر باشد، بار موثر كمتر است.


در هر تناوب از چپ به راست بار موثر افزایش و در هر گروه از بالا به پایین بار موثر کاهش می یابد.


پیروز و سربلند باشید.