Vad är den effektiva kärnkraftsavgiften?

Den effektiva nukleära laddningen är den attraktiva kraften hos protonerna i en atomkärnan på en elektron efter det att den avvisande kraften hos atomens elektroner har utarbetats. Det numeriska värdet för denna laddning hittas genom den enkla matematiska formeln, Z (effektiv) = ZS, där Z är den positiva laddningen och S är antalet elektroner i helt upptagna orbital. I neutrala atomer är den effektiva kärnladdningen lika med antalet elektroner i den yttersta kretsloppet, som kallas valenselektroner.

I atomer har protoner alla en positiv laddning på en. En atom skiljer sig från andra atomer med antalet protoner som den har, även om antalet neutroner kan variera mellan olika atomer av samma typ, och vissa atomer av samma typ kan ha joner med fler eller färre elektroner i omloppsbana. Den totala positiva laddningen för en atom är antalet protoner, som också är atomens atomtal som visas på elementets periodiska tabell. Det första steget i att bestämma en atoms effektiva kärnkraftsladdning är att bestämma dess totala positiva laddning, som kan åstadkommas genom att leta upp atomens atomantal.

Elektroner dras mot atomens kärna och finns i orbitaler som fylls på ett förutsägbart sätt. Den första kretsloppet kan endast innehålla två elektroner. Efterföljande orbitaler innehåller vardera åtta elektroner när de är fulla. Under normala omständigheter och i syfte att hitta en atoms effektiva kärnkraftsladdning kommer elektroner att ockupera det närmaste kretsloppet till kärnan som de kan.

Fullt upptagna orbitaler motverkar samma mängd positiv laddning som de innehåller negativ laddning. Till exempel kommer en atom med 12 protoner och 12 elektroner, som är en neutral atom, att förlora 2 positiv laddning från den fullständigt upptagna första omloppsbana och 8 positiva laddning från den andra. De andra två elektronerna i det tredje kretsloppet påverkar inte atomens effektiva kärnladdning, som i detta fall skulle vara 12 minus 10 eller 2.

I de flesta fall är den förenklade ekvationen tillräcklig för att upptäcka en atoms effektiva kärnkraftsladdning. Mer komplexa versioner av ekvationen tar hänsyn till den lilla negativa laddningen av valenselektronerna, som anses vara försumbara för de flesta ändamål. Joner kommer också att ha en effektiv kärnladdning som avviker något från standardekvationen, eftersom tillsatsen av en extra elektron till den yttre kretsloppet kommer att göra den något mindre positiv, och förlusten av en elektron kommer att öka atomens positiva attraktion.