Was ist die effektive Kernladung?
Die effektive Kernladung ist die Anziehungskraft der Protonen im Atomkern auf ein Elektron, nachdem die Abstoßungskraft der Elektronen des Atoms herausgerechnet wurde. Der numerische Wert dieser Ladung ergibt sich aus der einfachen mathematischen Formel Z (effektiv) = ZS, wobei Z die positive Ladung und S die Anzahl der Elektronen in vollständig besetzten Orbitalen ist. In neutralen Atomen entspricht die effektive Kernladung der Anzahl der Elektronen im äußersten Orbital, die als Valenzelektronen bezeichnet werden.
In Atomen haben alle Protonen eine positive Ladung von eins. Ein Atom unterscheidet sich von anderen Atomen durch die Anzahl seiner Protonen, obwohl die Anzahl der Neutronen zwischen verschiedenen Atomen desselben Typs variieren kann und einige Atome desselben Typs Ionen mit mehr oder weniger Elektronen in der Umlaufbahn haben können. Die gesamte positive Ladung eines Atoms ist die Anzahl seiner Protonen, die auch die Ordnungszahl des Atoms ist, wie im Periodensystem der Elemente angegeben. Der erste Schritt bei der Bestimmung der effektiven Kernladung eines Atoms besteht darin, seine positive Gesamtladung zu bestimmen. Dies kann durch Nachschlagen der Ordnungszahl des Atoms erreicht werden.
Elektronen werden in Richtung des Atomkerns gezogen und befinden sich in Orbitalen, die sich auf vorhersagbare Weise füllen. Das erste Orbital kann nur zwei Elektronen enthalten. Nachfolgende Orbitale enthalten, wenn sie voll sind, jeweils acht Elektronen. Unter normalen Umständen und um die effektive Kernladung eines Atoms zu finden, besetzen Elektronen die nächstgelegene Umlaufbahn zum Kern, die sie können.
Voll besetzte Orbitale wirken der gleichen positiven Ladung entgegen, wie sie negative Ladung enthalten. Beispielsweise verliert ein Atom mit 12 Protonen und 12 Elektronen, bei dem es sich um ein neutrales Atom handelt, zwei positive Ladungen aus dem vollständig besetzten ersten Orbital und acht positive Ladungen aus dem zweiten. Die anderen beiden Elektronen im dritten Orbital beeinflussen die effektive Kernladung des Atoms nicht, in diesem Fall 12 minus 10 oder 2.
In den meisten Fällen reicht die vereinfachte Gleichung aus, um die effektive Kernladung eines Atoms zu ermitteln. Komplexere Versionen der Gleichung berücksichtigen die geringe negative Ladung der Valenzelektronen, die für die meisten Zwecke als vernachlässigbar angesehen wird. Ionen werden auch eine effektive Kernladung haben, die geringfügig von der Standardgleichung abweicht, da die Addition eines zusätzlichen Elektrons zum äußeren Orbital es etwas weniger positiv macht und der Verlust eines Elektrons die positive Anziehungskraft des Atoms erhöht.