Wat is de effectieve nucleaire lading?
De effectieve nucleaire lading is de aantrekkelijke kracht van de protonen in de kern van een atoom op een elektron nadat de afstotende kracht van de elektronen van het atoom is uitgesloten. De numerieke waarde van deze lading wordt gevonden door de eenvoudige wiskundige formule, Z (effectief) = ZS, waarbij Z de positieve lading is en S het aantal elektronen is in volledig bezet orbitalen. In neutrale atomen is de effectieve nucleaire lading gelijk aan het aantal elektronen in de buitenste baan, die valentie-elektronen worden genoemd.
In atomen hebben protonen allemaal een positieve lading van één. Een atoom onderscheidt zich van andere atomen door het aantal protonen dat het heeft, hoewel het aantal neutronen kan variëren tussen verschillende atomen van hetzelfde type, en sommige atomen van hetzelfde type kunnen ionen hebben met meer of minder elektronen in een baan. De totale positieve lading van een atoom is het aantal protonen, dat ook het atoomnummer van het atoom is, zoals weergegeven in het periodiek systeem der elementen. De eerste stap bij het bepalen van de effectieve nucleaire lading van een atoom is het bepalen van de totale positieve lading, wat kan worden bereikt door het atoomnummer van het atoom op te zoeken.
Elektronen worden getrokken naar de kern van het atoom en worden gevonden in orbitalen die op een voorspelbare manier opvullen. De eerste baan kan slechts twee elektronen bevatten. Daaropvolgende orbitalen bevatten elk acht elektronen wanneer ze vol zijn. Onder normale omstandigheden, en om de effectieve nucleaire lading van een atoom te vinden, zullen elektronen de baan die het dichtst bij de kern ligt, innemen.
Volledig bezette orbitalen gaan hetzelfde aantal positieve ladingen tegen, omdat ze negatieve ladingen bevatten. Een atoom met 12 protonen en 12 elektronen, dat een neutraal atoom is, verliest bijvoorbeeld 2 positieve lading van de volledig bezette eerste orbitale en 8 positieve lading van de tweede. De andere twee elektronen in de derde omloop hebben geen invloed op de effectieve nucleaire lading van het atoom, die in dit geval 12 min 10 of 2 zou zijn.
In de meeste gevallen is de vereenvoudigde vergelijking voldoende om de effectieve nucleaire lading van een atoom te ontdekken. Meer complexe versies van de vergelijking houden rekening met de kleine negatieve lading van de valentie-elektronen, die voor de meeste doeleinden als verwaarloosbaar wordt beschouwd. Ionen zullen ook een effectieve nucleaire lading hebben die enigszins afwijkt van de standaardvergelijking, omdat de toevoeging van een extra elektron aan de buitenste baan het iets minder positief zal maken en het verlies van een elektron de positieve aantrekkingskracht van het atoom zal vergroten.