基礎:原子結構與週期性

斯萊特規則

/ SLAY-터즈 (SLAY-terz) /

如果說有效核電荷是「電子感受到的拉力小於完整核電荷」這個想法,那麼斯萊特規則就是真正把它算成一個數字的簡單算術配方。由約翰·斯萊特在 1930 年提出,它讓你只用電子組態加一份簡短的分值表,就能估算屏蔽常數 S——其他電子對選定的那個電子屏蔽了多少。

配方說白了是這樣:把電子分進若干組,如 (1s)、(2s,2p)、(3s,3p)、(3d)、(4s,4p) 等。要算某個電子感受到的屏蔽 S,就把各項貢獻加起來:更外層的電子記 0(它們不向內屏蔽)。同組的電子每個記 0.35(唯獨 1s 組,另一個 1s 電子記 0.30)。對一個 s 或 p 電子,緊靠內層(n-1)的電子每個記 0.85,再往內兩層或更深的電子每個記滿 1.00。對一個 d 或 f 電子,任何內層組裡的每個電子都記滿 1.00。把各項加起來得到 S,然後 Zeff = Z - S。

斯萊特規則是一種教學和估算工具,不是精確理論。它對原子大小、電離能趨勢,以及把 4s 壓到 3d 之下的相對鑽穿,都能給出意外好用的數值——並把屏蔽這個抽象概念變得具體、可計算。但那些係數(0.35、0.85、1.00)是擬合資料得到的經驗性「湊數因子」,規則忽略了一層之內更細的結構,現代計算要好得多。把斯萊特算出的 Zeff 當作解釋趨勢的「信封背面」估算,絕不要當成電子上真實的電荷。

對氯(Z=17)的一個 3s/3p 電子:同層電子 6 x 0.35 = 2.10,(2s,2p) 層 8 x 0.85 = 6.80,1s 層 2 x 1.00 = 2.00;S = 10.90,於是 Zeff = 17 - 10.90 = 6.10。

用紙筆為氯的價電子算一個 Zeff。

0.85 和 1.00 這些係數是經驗性的,為吻合實測能量而擬合得到——並非從第一性原理推出。斯萊特規則只是一條經驗法則,對 d、f 電子還明顯偏粗。

又稱
Slater screening rules斯莱特屏蔽规则屏蔽常数规则