Jaki jest efektywny ładunek jądrowy?
Efektywny ładunek jądrowy jest siłą przyciągającą protonów w jądrze atomu na elektronie po uwzględnieniu siły odpychającej elektronów atomu. Wartość liczbową tego ładunku można znaleźć za pomocą prostego wzoru matematycznego, Z (efektywny) = ZS, gdzie Z jest ładunkiem dodatnim, a S jest liczbą elektronów na w pełni zajętych orbitach. W atomach obojętnych efektywny ładunek jądrowy jest równy liczbie elektronów na zewnętrznym orbicie, które są nazywane elektronami walencyjnymi.
W atomach wszystkie protony mają ładunek dodatni wynoszący jeden. Atom różni się od innych atomów liczbą protonów, chociaż ma liczbę neutronów, która może się różnić między różnymi atomami tego samego typu, a niektóre atomy tego samego typu mogą mieć jony o większej lub mniejszej liczbie elektronów na orbicie. Całkowity ładunek dodatni atomu jest liczbą jego protonów, która jest również liczbą atomową atomu, jak pokazano na układzie okresowym pierwiastków. Pierwszym krokiem w określeniu efektywnego ładunku jądrowego atomu jest określenie jego całkowitego ładunku dodatniego, co można osiągnąć, sprawdzając liczbę atomową atomu.
Elektrony są przyciągane w kierunku jądra atomu i znajdują się na orbitach, które wypełniają się w przewidywalny sposób. Pierwszy orbital może zawierać tylko dwa elektrony. Każde kolejne orbitale zawierają osiem elektronów, gdy są pełne. W normalnych okolicznościach oraz w celu znalezienia skutecznego ładunku jądrowego atomu, elektrony zajmą najbliższy orbital od jądra, jaki mogą.
W pełni zajęte orbitale przeciwdziałają takiej samej ilości ładunku dodatniego, ponieważ zawierają ładunek ujemny. Na przykład atom z 12 protonami i 12 elektronami, który jest atomem obojętnym, straci 2 ładunki dodatnie z w pełni zajętego pierwszego orbity i 8 ładunków dodatnich z drugiego. Pozostałe dwa elektrony na trzecim orbicie nie wpływają na efektywny ładunek jądrowy atomu, który w tym przypadku wynosiłby 12 minus 10 lub 2.
W większości przypadków uproszczone równanie jest wystarczające, aby odkryć efektywny ładunek jądrowy atomu. Bardziej złożone wersje równania uwzględniają niewielki ładunek ujemny elektronów walencyjnych, który w większości przypadków jest uważany za nieistotny. Jony będą miały również skuteczny ładunek jądrowy, który nieco odbiega od standardowego równania, ponieważ dodanie dodatkowego elektronu do zewnętrznego orbity sprawi, że będzie on nieco mniej dodatni, a utrata elektronu zwiększy dodatnie przyciąganie atomu.