Hva er den effektive kjerneavgiften?

Den effektive kjernefysiske ladningen er den attraktive kraften til protonene i kjernen til et atom på et elektron etter at den frastøtende kraften til atomets elektron er utarbeidet. Den numeriske verdien av denne ladningen blir funnet gjennom den enkle matematiske formelen, Z (effektiv) = ZS, der Z er den positive ladningen og S er antallet elektroner i fullstendig okkuperte orbitaler. I nøytrale atomer er den effektive kjernefysiske ladningen lik antall elektroner i den ytterste orbitalen, som kalles valenselektroner.

I atomer har protoner alle en positiv ladning på en. Et atom skilles fra andre atomer ved antall protoner det har, selv om antallet nøytroner kan variere mellom forskjellige atomer av samme type, og noen atomer av samme type kan ha ioner med flere eller færre elektroner i bane. Den totale positive ladningen til et atom er antallet av dets protoner, som også er atomets atomnummer, som vist på elementets periodiske tabell. Det første trinnet i å bestemme et atoms effektive kjernefysiske ladning er å bestemme dets totale positive ladning, som kan oppnås ved å slå opp atomets atomnummer.

Elektroner trekkes mot atomkjernen og finnes i orbitaler som fylles på en forutsigbar måte. Den første orbitalen kan bare inneholde to elektroner. Påfølgende orbitaler inneholder hver åtte elektroner når de er fulle. Under normale omstendigheter, og med det formål å finne et atoms effektive kjernefysiske ladning, vil elektronene okkupere det nærmeste omløpet til kjernen de kan.

Fullt besatte orbitaler motvirker den samme mengden positiv ladning som de inneholder negativ ladning. For eksempel vil et atom med 12 protoner og 12 elektroner, som er et nøytralt atom, miste 2 positive ladninger fra den fullstendig okkuperte første orbitale og 8 positive ladning fra den andre. De to andre elektronene i den tredje orbitalen påvirker ikke atomets effektive kjernefysiske ladning, som i dette tilfellet vil være 12 minus 10 eller 2.

I de fleste tilfeller er den forenklede ligningen tilstrekkelig til å oppdage et atoms effektive atomladning. Mer komplekse versjoner av ligningen tar hensyn til den lille negative ladningen til valenselektronene, som anses å være ubetydelig for de fleste formål. Joner vil også ha en effektiv kjernefysisk ladning som avviker litt fra standardligningen, ettersom tilsetning av et ekstra elektron til det ytre omløp vil gjøre det litt mindre positivt, og tapet av et elektron vil øke atomets positive tiltrekning.