
和屏蔽效应有关的。用于计算有效核电荷的法则。
Zeff=Z(核电荷数)-S(屏蔽常数)中,S=∑(各层电荷数该层屏蔽系数),其中,第一层系数为一,第二层为085,第三层为035,第四层为零。
如对镁的最外层电子来说,Zeff=12-(12+0858+0351)=285。要注意的是,这个计算中不会计算目标电子,但目标电子所在层的其他电子需要计算。
作用:
近似的可以认为外层电子对内层电子没有屏蔽作用。
1s轨道上的两个电子之间的σ=03,其他同组电子之间的σ=035。如(2s,2p)之间的电子。
被屏蔽的电子为ns或np时,则主量子数(n-1)的各电子对它们的σ=085,而小于(n-1)的各电子对它们的σ=1。
被屏蔽的电子为nd或nf时,则位于它们左边各组电子对它们的的屏蔽常数σ=1。
Fe的原子序数为26,轨道分组为:(1s2)(2s22p6)(3s23p6)(3d6)(4s2),其中3s Z=1475 3p Z=1475 3d Z=625 4s Z=375。所以有E3s=E3p=-527×10-18J,E3d=-946×10-18J,E4s=-192×10-18J。对于2s、2p Z=218,1s Z=2570。E2s=E2p=-0260×10-15J,E1s=-1439×10-15J。故Fe系统的能量:E=2E1s+2E2s+6E2p+2E3s+6E3p+6E3d+2E4s=-544×10-15J提示:
由于其他电子对某一电子的排斥作用而抵消了一部分核电荷,从而引起有效核电荷的降低,削弱了核电荷对该电子的吸引,这种作用称为屏蔽作用或屏蔽效应。因此,对于多电子原子来说,如果考虑到屏蔽效应,则每一个电子的能量应为:E=-136×(Z-σ)2/n2(eV),从式中可见,如果能知道屏蔽常数σ,则可求得多电子原子中各能级的近似能量。影响屏蔽常数大小的因素很多,除了与屏蔽电子的数目和它所处原子轨道的大小和形状有关以外,还与被屏蔽电子离校的远近和运动状态有关σ屏蔽常数。可用斯莱脱提出的计算屏蔽常数的规则求得。斯莱脱规则如下:将原子中的电子分成如下几组:(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p),如此类推。①位于被屏蔽电子右边的各组,对被屏蔽电子的σ=0近似的可认为:外层电子对内层电子没有屏蔽作用。②1s轨道上两个电子之间σ=030。其他主量子数相同的各分层电子之间的σ=035。③当被屏蔽电子为ns或n p时,则主量子数为(n-1)的各电子对它们的σ=085,而小于(n-1)的各电子对它们的屏蔽常数σ=100。④被屏蔽电子为nd或n f电子时,则位于它左边各组电子对它们的屏蔽常数σ=100。在计算某原子中某个电子的σ值时,可将有关屏蔽电子对该电子的σ值相加而得。常用的公式是运用Sllater规则,也可以用旭光宪等提出的修正,具体可参考《结构化学基础》第三版p40,规则内容总共5条
Slater屏蔽常数规则
将原子中的电子分组
(1s);(2s,2p);(3s,3p);(3d);(4s,4p);(4d);(4f);(5s,5p);(5d);(5f)等
位于某小组电子后面的各组,对该组的屏蔽常数=0,近似地可以理解为外层电子对内存电子没有屏蔽作用;
同组电子间的=035 (1s例外,1s的=030);
对于ns或np上的电子,(n-1)电子层中的电子的屏蔽常数=085,小于(n-1)的各层中的电子的屏蔽常数=100;
对于nd或nf上的电子,位于它左边的各组电子对它们的屏蔽常数=100。没有最高能级,最高占据能级是 4s
是的,并非 3d
虽然构造原理告诉我们“先填 4s 再填 3d”,但是构造原理其实是说这样填能够使总能量最低,而不是说 3d 能量就一定比 4s 高,实际上在 Sc 以后 4s 比 3d 能量要高:
这里用 Slater 规则估算一下基态 Fe 原子 3d 和 4s 轨道的能量,所谓 Slater 规则的要点是:
轨道可以从内到外分为如下几组:(1s), (2s, 2p), (3s, 3p), (3d), (4s, 4p), (4d), (4f), (5s, 5p),
外层轨道组电子对于内层轨道组电子没有屏蔽作用
同一轨道组内的电子之间屏蔽系数 σ=035(1s轨道组内屏蔽系数 σ=03)
n-1 轨道组中电子对 (ns, np) 轨道组电子的屏蔽系数 σ=085,更内层的轨道组对(ns, np)轨道组电子的屏蔽系数 σ=1
内层轨道组对于 nd 或 nf 中电子的屏蔽系数 σ=1
有效核电荷
轨道组的能量为
先计算有效核电荷数:
然后求能量得:
得出 4s 轨道能量更高。
这或许能够解释,为什么 Fe 失电子是先失去 4s 而非 3d 的电子
当然,如果你们给的答案是根据构造原理而得出是
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