原子結構與光譜
有效核電荷(effective nuclear charge)
/ Z-eff /
想象你站在人群中,想感受對面篝火的溫暖。擋在你和火之間的人吸收了部分熱量,所以傳到你身上的,比篝火本來的熊熊烈焰要弱。原子裡的一個外層電子處境也差不多:內層電子擋在它和原子核之間,吸走了一部分核的吸引,於是它感受到的電荷不及全部。
有效核電荷(記作 Z_eff)是某個電子在扣除其他電子(尤其是內層電子)的排斥之後,實際從原子核感受到的淨正吸引。大致地說,Z_eff 等於真實核電荷 Z 減去一個屏蔽常數:擋在中間的內層電子越多,留給外層電子的吸引就越小。
這個概念悄悄解釋了很多事:為何外層電子被束縛得鬆、為何原子在一個週期內收縮、為何電離變得更難。需要注意的是,Z_eff 是一種近似,它把繁雜的多電子問題壓縮成一個數字;由簡單屏蔽規則(如斯萊特規則)估出的值,是方便的參考,而非精確的真值。
鈉核帶 +11,但它那個孤獨的外層 3s 電子藏在十個內層電子之後,這些電子屏蔽掉了大部分吸引,所以它實際只感受到約 +2.5 的有效電荷。正是這種鬆弛的束縛,使鈉如此輕易地交出該電子,成為一種活潑的金屬。
內層電子屏蔽原子核,外層電子因而感受到被削弱的吸引。
在一個週期內 Z_eff 上升(質子增加,屏蔽幾乎不變),這正是半徑縮小、電離能上升背後的引擎;而沿一族往下,新增的滿殼層使外層的 Z_eff 保持不大。
又稱
另見