原子结构与光谱

有效核电荷(effective nuclear charge)

/ Z-eff /

想象你站在人群中,想感受对面篝火的温暖。挡在你和火之间的人吸收了部分热量,所以传到你身上的,比篝火本来的熊熊烈焰要弱。原子里的一个外层电子处境也差不多:内层电子挡在它和原子核之间,吸走了一部分核的吸引,于是它感受到的电荷不及全部。

有效核电荷(记作 Z_eff)是某个电子在扣除其他电子(尤其是内层电子)的排斥之后,实际从原子核感受到的净正吸引。大致地说,Z_eff 等于真实核电荷 Z 减去一个屏蔽常数:挡在中间的内层电子越多,留给外层电子的吸引就越小。

这个概念悄悄解释了很多事:为何外层电子被束缚得松、为何原子在一个周期内收缩、为何电离变得更难。需要注意的是,Z_eff 是一种近似,它把繁杂的多电子问题压缩成一个数字;由简单屏蔽规则(如斯莱特规则)估出的值,是方便的参考,而非精确的真值。

钠核带 +11,但它那个孤独的外层 3s 电子藏在十个内层电子之后,这些电子屏蔽掉了大部分吸引,所以它实际只感受到约 +2.5 的有效电荷。正是这种松弛的束缚,使钠如此轻易地交出该电子,成为一种活泼的金属。

内层电子屏蔽原子核,外层电子因而感受到被削弱的吸引。

在一个周期内 Z_eff 上升(质子增加,屏蔽几乎不变),这正是半径缩小、电离能上升背后的引擎;而沿一族往下,新增的满壳层使外层的 Z_eff 保持不大。

又称
ZeffZ_eff净核电荷淨核電荷