اثر پوششی ( screening efect )
در کتاب درسی شیمی دهم به این موضوع پرداخته شده که در هنگام یونش الکترون از فلزات واسطه دوره چهارم جدول با عدد اتمی 21 تا 30 ، الکترون ابتدا از زیرلایه 4S و سپس از زیر لایه 3d جدا می شود ، در حالی که در الکترون گیری در آرایش الکترونی ابتدا زیر لایه 4S و سپس زیرلایه 3d شروع به الکترون گیری می کند . زیرا زیرلایه s بهتر می تواند در الکترون های پوششی نفوذ کند در نتیجه سطح انرژی پایین تری خواهد داشت .
در کتاب درسی به این موضوع پرداخته که هر زیرلایه ای که مجموع اعداد کووانتومی اصلی ( n ) و فرعی ( l ) آن کمتر باشد ، پایدارتر است و زودتر الکترون می گیرد و در صورتی که مجموع n و l برابر باشد ، هر زیرلایه ای که n کمتری دارد از سطح انرژی پایین تری برخوردار بوده و در نتیجه پایدارتر است . ( قاعده کلچکووسکی )
در این مقاله می خواهیم قدری فنی تر به این موضوع بپردازیم . اثر پوششی در واقع اثر ضعیف شدن جاذبه هسته اتم بر یک الکترون مورد نظر در اتم ، به وسیله الکترون های دیگر هم لایه و درونی تر اتم است . طوری که الکترون هایی که در همان لایه و یا لایه های درونی تر نسبت به الکترون مورد نظر قراردارند ، مزاحم قدرت جاذبه هسته بر الکترون مورد نظر می شوند .
اثر پوششی اولین بار توسط اسلیتر (slater) کشف شده و به این صورت بیان شد : هر الکترون در اتم ، با توجه به موقعیتی که در آرایش الکترونی اتم دارد مقدار معینی از بار مثبت هسته اتم را در اختیار خود می گیره و ازتاثیر آن بر الکترون های دیگر جلوگیری می کند .
البته این را هم بدانیم که الکترون های دیگر نیز در نقش مزاحم جاذبه هسته اتم بر الکترون های دیگر خواهند بود .
ثابت پوششی (s) : مقدار بار مثبتی را که به وسیله هر الکترون پوشش داده می شود ، ثابت پوششی می نامند و آن را با حرف S نشان می دهند .
اگر ثابت های پوششی الکترون های دیگر ( غیر از الکترون مورد نظر ) را با هم جمع کنیم و این عدد را از بار واقعی هسته اتم یعنی عدد اتمی ( Z ) کم کنیم ، عدد حاصل را بار موثر هسته می نامیم .
سوال : چگونه می توان عدد اسلیتر (slater) را برای یک الکترون در اتم محاسبه کرد ؟
الف ) هر گاه الکترونی که می خواهیم بارموثر هسته را برای آن حساب کنیم در زیرلایه S یا P قرار داشته باشد ، برای هر الکترونی که در زیرلایه بالاتر از آن قرار دارد عدد صفر برای اثر پوششی در نظر می گیریم اما برای الکترون های هم لایه عدد 0/35 و برای الکترون های لایه ما قبل آن اثر پوششی را برابر 0/85 و برای الکترونهای درونی تر مقدار 1 را در نظر می گیریم .
ب ) هر گاه الکترون مورد نظر در زیرلایه های dیا f قرار داشته باشد ، برای هر الکترونی که در زیرلایه بالاتر از آن قرار دارد عدد صفر برای اثر پوششی در نظر می گیریم اما برای الکترون های هم لایه عدد 0/35 و برای هر الکترون های باقیمانده درونی دیگر عدد 1 را در نظر می گیریم .
سوال : بار موثر هسته را برای الکترون های 4s و 3d در اتم منگنز با عدد اتمی 25 حساب کنید .
ابتدا با نوشتن آرایش الکترونی موقعیت الکترون مورد نظر را در اتم مشخص می کنیم . \( _{25}^{}\textrm{Mn}:[Ar]3d^{5}4S^{2}4P^{0} \)
اثر پوششی یا عدد اسلیتر را برای یک الکترون 4S حساب می کنیم و از بار مطلق ( عدد اتمی ) کم می کنیم .
\( S_{4s}=0+(1\times 0.35)+(13\times 0.85)+(10\times 1)=21.40 \)
\( Z^*=Z-S =25-21.40=3.60 \)
حال اثر پوششی یا عدد اسلیتر را برای یک الکترون 3d حساب می کنیم و از بار مطلق ( عدد اتمی ) کم می کنیم .
\( S_{3d}=0+(4\times 0.35)+(18\times 1)=19.4 \)
\( Z^*=Z-S =25-19.40=5.60 \)
می بینیم که بار موثر هسته بر روی الکترون 3d بیشتر بوده و در نتیجه در هنگام یونش فلز واسطه ، الکترون تمایل دارد از زیرلایه 4s جدا شود .
