有効な核チャージとは何ですか？

有効な核電荷は、原子の電子の反発力が考慮された後の、電子の原子核における陽子の引力です。 この電荷の数値は、単純な数式Z（有効）= ZSで求められます。ここで、Zは正電荷、Sは完全に占有された軌道にある電子の数です。 中性原子では、有効な核電荷は最外軌道の電子の数に等しく、これは価電子と呼ばれます。

原子では、陽子はすべて1の正電荷を持っています。 原子は、それが持つ陽子の数によって他の原子と区別されますが、中性子の数は同じタイプの異なる原子間で異なる場合があり、同じタイプの一部の原子は軌道上により多くのまたはより少ない電子を持つイオンを持つ場合があります。 原子の総正電荷は、その陽子の数であり、元素の周期表に示されているように、原子の原子番号でもあります。 原子の有効な核電荷を決定する最初のステップは、原子の原子番号を調べることで達成できる総正電荷を決定することです。

電子は原子の核に向かって引き寄せられ、予測可能な形で満たされる軌道にあります。 最初の軌道には2つの電子しか含まれません。 後続の軌道には、満杯のときにそれぞれ8つの電子が含まれます。 通常の状況下では、原子の有効な核電荷を見つけるために、電子は可能な限り原子核に最も近い軌道を占有します。

完全に占有された軌道は、負の電荷を含むため、同じ量の正の電荷を打ち消します。 たとえば、中性原子である12個のプロトンと12個の電子を持つ原子は、完全に占有された最初の軌道から2つの正電荷を失い、2番目の軌道から8つの正電荷を失います。 3番目の軌道の他の2つの電子は、原子の有効な核電荷に影響を与えません。この場合、この電荷は12マイナス10、つまり2です。

ほとんどの場合、単純化された方程式は、原子の有効な核電荷を発見するのに十分です。 方程式のより複雑なバージョンでは、ほとんどの目的にとって無視できると考えられる価電子の小さな負電荷を考慮に入れています。 イオンは、外側の軌道に余分な電子を追加すると陽電子がわずかに少なくなり、電子の損失により原子の正の引力が増加するため、標準方程式からわずかに逸脱する有効な核電荷も持ちます。