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屏蔽效应指的是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对该电子的吸引力,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。[1]

原理

1.氢原子核外只有一个电子,不存在屏蔽效应。

2.与钻穿效应相反,在多电子原子中,一个电子不仅受到原子核的引力,而且还要受到其他电子的排斥力。内层电子排斥力显然要削弱原子核对该电子的吸引,可以认为排斥作用部分抵消或屏蔽了核电荷对该电子的作用,相当于使该电子受到的有效核电荷数减少了。于是有Z* = Z-σ,式中Z*为有效核电荷,Z为核电荷。σ为屏蔽常数,它代表由于内层电子的斥力而使原核电荷减少的部分。

多电子原子结构复杂。难以精确的说明一个电子对另一个电子的影响。以中性氦原子和氦离子为例:

从He+(g)中移走电子需要能量为8.716×l0-18J ,实验表明从He原子中移走一个电子需要的能量为3.939×l0-18J,可以看出从He+中移走电子比从He原子移走同一电子要耗去两倍多能量,这是由于He原子的两个电子相互排斥,相当于一个电子对另一个电子产生了电荷屏蔽,削弱了核电荷对该电子的的吸引力,意味着He原子的核电荷Z(=2)被Z*(=2-σ)代替,从而产生了电子间的相互屏蔽。

一般来说,内层电子对外层电子的屏蔽作用大。

定量计算

屏蔽效应的定量计算:

20世纪30年代,美国科学家J.C.斯莱特根据实验结果提出计算屏蔽常数的规则:Z*=Z-σ屏蔽常数,可近似的用斯莱特规则将原子中的电子分成以下几组:

(1s)(2s,2p)(3s,3p)(3d)(4s,4p)(4d)(4f)(5s,5p)(5d)(5f)(6s,6p)(6d)(6f)(未完)|

a) 位于被屏蔽电子的右边的各组对被屏蔽电子的σ=0

近似的可以认为外层电子对内层电子没有屏蔽作用

b) 1s轨道上的两个电子之间的σ=0.3,其他主量子数相同的各分层电子之间的σ=0.35

c) 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=0.85,而小于(n-1)的各电子对它们的σ=1

d) 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

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

例1 计算铝原子中其他电子对一个3p电子的值,铝原子的电子结构式为1s22s22p63s23p1 =2×0.35+8×0.85+2×1=9.5

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参考文献

  1. 屏蔽效应,医学教育网,2009-04-10