MUATAN INTI EFEKTIF: KONSEP, CARA MENGHITUNGNYA, DAN CONTOH - KIMIA - 2025

The muatan inti efektif (Zef) adalah gaya tarik bahwa exerts inti pada salah satu elektron setelah dikurangi dengan efek perisai dan penetrasi. Jika tidak ada efek seperti itu, elektron akan merasakan gaya tarik dari muatan inti Z.

Pada gambar bawah kita memiliki model atom Bohr untuk atom fiktif. Inti atom memiliki muatan inti Z = + n, yang menarik elektron yang mengorbit di sekitarnya (lingkaran biru). Terlihat bahwa dua elektron berada pada orbit yang lebih dekat ke inti, sedangkan elektron ketiga terletak lebih jauh darinya.

Orbit elektron ketiga merasakan tolakan elektrostatis dari dua elektron lainnya, sehingga inti menariknya dengan sedikit gaya; yaitu, interaksi inti-elektron menurun sebagai akibat dari perisai dua elektron pertama.

Jadi dua elektron pertama merasakan gaya tarik muatan a + n, tetapi elektron ketiga mengalami muatan inti efektif + (n-2).

Namun, Zef ini hanya valid jika jarak (jari-jari) ke inti semua elektron selalu konstan dan pasti, menempatkan muatan negatifnya (-1).

Konsep

Proton menentukan inti unsur kimia, dan elektron menentukan identitasnya dalam sekumpulan karakteristik (kelompok tabel periodik).

Proton meningkatkan muatan inti Z pada laju n + 1, yang dikompensasikan dengan penambahan elektron baru untuk menstabilkan atom.

Dengan bertambahnya jumlah proton, nukleus menjadi "tertutup" oleh awan elektron dinamis, di mana daerah yang dilaluinya bersirkulasi ditentukan oleh distribusi probabilitas dari bagian radial dan sudut dari fungsi gelombang ( orbital).

Dari pendekatan ini, elektron tidak mengorbit di wilayah ruang tertentu di sekitar nukleus, melainkan, seperti bilah kipas yang berputar cepat, mereka mengabur menjadi bentuk orbital s, p, d, dan f yang diketahui.

Karena alasan ini, muatan negatif -1 dari sebuah elektron didistribusikan oleh daerah yang ditembus orbital; semakin besar efek tembusnya, semakin besar muatan inti efektif yang akan dialami elektron di orbital tersebut.

Efek penetrasi dan perisai

Menurut penjelasan di atas, elektron di kulit bagian dalam tidak menyumbang muatan -1 untuk menstabilkan tolakan elektron di kulit terluar.

Namun, kernel ini (kulit yang sebelumnya diisi oleh elektron) berfungsi sebagai "dinding" yang mencegah gaya tarik nukleus mencapai elektron terluar.

Ini dikenal sebagai efek layar atau efek perisai. Juga, tidak semua elektron di kulit terluar mengalami efek yang sama besarnya; Misalnya, jika Anda menempati orbital yang memiliki karakter tembus tinggi (yaitu, yang transit sangat dekat dengan nukleus dan orbital lain), maka Anda akan merasakan Zef yang lebih tinggi.

Akibatnya, tatanan stabilitas energi muncul sebagai fungsi dari Zef berikut untuk orbital: s

Ini berarti orbital 2p memiliki energi yang lebih tinggi (kurang stabil oleh muatan inti) daripada orbital 2s.

Semakin buruk efek penetrasi yang diberikan oleh orbital, semakin kecil efek layarnya pada elektron eksternal lainnya. Orbital d dan f menunjukkan banyak lubang (node) di mana inti menarik elektron lain.

Bagaimana cara menghitungnya?

Dengan asumsi muatan negatif terlokalisasi, rumus untuk menghitung Zef untuk setiap elektron adalah:

Zef = Z - σ

Dalam rumus ini σ adalah konstanta pelindung yang ditentukan oleh elektron dari kernel. Ini karena, secara teoritis, elektron terluar tidak berkontribusi pada perisai elektron bagian dalam. Dengan kata lain, 1s ² melindungi elektron 2s ¹ , tetapi 2s ¹ tidak Z melindungi elektron 1s ² .

Jika Z = 40 mengabaikan efek yang disebutkan, maka elektron terakhir akan mengalami Zef sama dengan 1 (40-39).

Aturan Slater

Aturan Slater adalah pendekatan yang baik dari nilai Zef untuk elektron dalam atom. Untuk menerapkannya, ikuti langkah-langkah di bawah ini:

1- Konfigurasi elektronik atom (atau ion) harus ditulis sebagai berikut:

(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f)…

2- Elektron yang ada di sebelah kanan elektron yang dipertimbangkan tidak berkontribusi pada efek perisai.

3- Elektron yang berada dalam kelompok yang sama (ditandai dengan tanda kurung) memberikan 0,35 muatan elektron kecuali jika itu adalah kelompok 1s, menjadi 0,30 sebagai gantinya.

4- Jika elektron menempati orbital sop, maka semua orbital n-1 berkontribusi 0,85, dan semua orbital n-2 satu unit.

5- Jika elektron menempati orbital dof, semua yang berada di sebelah kirinya berkontribusi satu unit.

Contoh

Tentukan Zef untuk elektron di orbital 2s

Mengikuti mode representasi Slater, konfigurasi elektronik Be (Z = 4) adalah:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁰ )

Karena ada dua elektron dalam orbital, salah satunya berkontribusi untuk melindungi orbital lainnya, dan orbital 1s adalah orbital n-1 dari 2s. Kemudian, mengembangkan jumlah aljabar kita memiliki yang berikut ini:

(0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05

0,35 berasal dari elektron 2s, dan 0,85 berasal dari dua elektron 1s. Sekarang, menerapkan rumus Zef:

Zef = 4 - 2,05 = 1,95

Apa artinya ini? Ini berarti bahwa elektron di orbital 2s ² mengalami muatan +1,95 yang menariknya ke inti, bukan muatan aktual +4.

Tentukan Zef untuk elektron di orbital 3p

Sekali lagi, ini berlanjut seperti pada contoh sebelumnya:

(1s ² ) (2s ² 2p ⁶ ) (3s ² 3p ³ )

Sekarang jumlah aljabar dikembangkan untuk menentukan σ:

(, 35) (4) + (0.85) (8) + (1) (2) = 10.2

Jadi, Zef adalah perbedaan antara σ dan Z:

Zef = 15-10,2 = 4,8

Kesimpulannya, elektron 3p ³ terakhir mengalami muatan tiga kali lebih kuat dari yang sebenarnya. Perlu juga dicatat bahwa, menurut aturan ini, elektron 3s ² mengalami Zef yang sama, suatu hasil yang dapat menimbulkan keraguan dalam hal ini.

Namun, ada modifikasi pada aturan Slater yang membantu memperkirakan nilai yang dihitung dengan yang sebenarnya.

Referensi

1. Libreteks Kimia. (2016, 22 Oktober). Muatan Nuklir Efektif. Diambil dari: chem.libretexts.org
2. Menggigil & Atkins. (2008). Kimia anorganik. Dalam Unsur-unsur kelompok 1. (Edisi keempat., Halaman 19, 25, 26 dan 30). Mc Graw Hill.
3. Aturan Slater. Diambil dari: intro.chem.okstate.edu
4. Lumen. Efek Pelindung dan Muatan Nuklir Efektif. Diambil dari: course.lumenlearning.com
5. Hoke, Chris. (23 April 2018). Bagaimana Menghitung Muatan Nuklir yang Efektif. Sciencing. Diambil dari: sciencing.com
6. Dr Arlene Courtney. (2008). Tren Berkala. Universitas Oregon Barat. Diambil dari: wou.edu