شحنة نووية فعالة للبوتاسيوم: ما هو وأمثلة - كيمياء - 2026

على شحنة نووية فعالة من البوتاسيوم هو +1. الشحنة النووية الفعالة هي إجمالي الشحنة الموجبة التي يراها إلكترون ينتمي إلى ذرة تحتوي على أكثر من إلكترون واحد. يصف مصطلح "فعال" تأثير التدريع الذي تمارسه الإلكترونات بالقرب من النواة ، من شحنتها السالبة ، لحماية الإلكترونات من المدارات الأعلى.

ترتبط هذه الخاصية ارتباطًا مباشرًا بالخصائص الأخرى للعناصر ، مثل أبعادها الذرية أو ميلها إلى تكوين أيونات. وبهذه الطريقة ، يوفر مفهوم الشحنة النووية الفعالة فهمًا أفضل لعواقب الحماية الموجودة في الخصائص الدورية للعناصر.

بالإضافة إلى ذلك ، في الذرات التي تحتوي على أكثر من إلكترون - أي في الذرات متعددة الإلكترونات - ينتج عن وجود حماية للإلكترونات انخفاضًا في قوى الجذب الكهروستاتيكية الموجودة بين البروتونات (الجسيمات الموجبة الشحنة) لنواة الذرة. والإلكترونات في المستويات الخارجية.

في المقابل ، فإن القوة التي تتنافر بها الإلكترونات في الذرات متعددة الإلكترونات تتصدى لتأثيرات القوى الجاذبة التي تمارسها النواة على هذه الجسيمات المشحونة بشكل معاكس.

ما هي الشحنة النووية الفعالة؟

عندما يتعلق الأمر بذرة تحتوي على إلكترون واحد فقط (نوع الهيدروجين) ، فإن هذا الإلكترون الفردي يدرك صافي الشحنة الموجبة للنواة. على العكس من ذلك ، عندما تحتوي الذرة على أكثر من إلكترون واحد ، فإنها تواجه جاذبية جميع الإلكترونات الخارجية نحو النواة ، وفي نفس الوقت ، التنافر بين هذه الإلكترونات.

بشكل عام ، يُقال أنه كلما زادت الشحنة النووية الفعالة للعنصر ، زادت قوى الجذب بين الإلكترونات والنواة.

وبالمثل ، كلما زاد هذا التأثير ، انخفضت الطاقة التي تنتمي إلى المدار حيث توجد هذه الإلكترونات الخارجية.

بالنسبة لمعظم عناصر المجموعة الرئيسية (تسمى أيضًا العناصر التمثيلية) ، تزيد هذه الخاصية من اليسار إلى اليمين ، ولكنها تقل من أعلى إلى أسفل في الجدول الدوري.

لحساب قيمة الشحنة النووية الفعالة للإلكترون (Z _eff أو Z *) ، يتم استخدام المعادلة التالية التي اقترحها سلاتر:

Z * = Z - S.

يشير Z * إلى الشحنة النووية الفعالة.

Z هو عدد البروتونات الموجودة في نواة الذرة (أو العدد الذري).

S هو متوسط ​​عدد الإلكترونات الموجودة بين النواة والإلكترون قيد الدراسة (عدد الإلكترونات غير التكافؤ).

شحنة نووية فعالة من البوتاسيوم

هذا يعني أنه مع وجود 19 بروتونًا في نواتها ، فإن شحنتها النووية هي +19. عندما نتحدث عن ذرة محايدة ، فهذا يعني أن لديها نفس عدد البروتونات والإلكترونات (19).

في ترتيب الأفكار هذا ، يتم حساب الشحنة النووية الفعالة للبوتاسيوم من خلال عملية حسابية ، عن طريق طرح عدد الإلكترونات الداخلية من شحنتها النووية كما هو معبر عنه أدناه:

(+19 - 2 - 8 - 8 = +1)

بمعنى آخر ، إلكترون التكافؤ محمي بواسطة إلكترونين من المستوى الأول (الأقرب إلى النواة) ، و 8 إلكترونات من المستوى الثاني ، و 8 إلكترونات أخرى من المستوى الثالث وما قبل الأخير ؛ أي أن هذه الإلكترونات الثمانية عشر تمارس تأثيرًا تدريعًا يحمي الإلكترون الأخير من القوى التي تمارسها النواة عليه.

كما يمكن رؤيته ، يمكن تحديد قيمة الشحنة النووية الفعالة للعنصر من خلال رقم الأكسدة الخاص به. وتجدر الإشارة إلى أنه بالنسبة لإلكترون معين (عند أي مستوى طاقة) ، يختلف حساب الشحنة النووية الفعالة.

وأوضح أمثلة على شحنة نووية فعالة من البوتاسيوم

فيما يلي مثالان لحساب الشحنة النووية الفعالة التي يتصورها إلكترون تكافؤ معين على ذرة بوتاسيوم.

- أولاً ، يتم التعبير عن تكوينه الإلكتروني بالترتيب التالي: (1 ثانية) (2 ثانية ، 2 ع) (3 ثوانٍ ، 3 ع) (3 د) (4 ثوانٍ ، 4 ع) (4 د) (4 ف) (5 ق ، 5 ص) ، وهكذا.

- لا يوجد إلكترون على يمين المجموعة (ns، np) يساهم في الحساب.

- يساهم كل إلكترون في المجموعة (ns، np) بنسبة 0.35. يساهم كل إلكترون من المستوى (n-1) بمقدار 0.85.

- يساهم كل إلكترون من المستوى (n-2) أو أقل بمقدار 1.00.

- عندما يكون الإلكترون المحمي في مجموعة (nd) أو (nf) ، يساهم كل إلكترون من مجموعة على يسار المجموعة (nd) أو (nf) بمقدار 1.00.

وهكذا يبدأ الحساب:

المثال الأول

في حالة وجود الإلكترون الوحيد في الغلاف الخارجي للذرة في مدار 4 ثوانٍ ، يمكن تحديد شحنته النووية الفعالة على النحو التالي:

(1 ث ²) (2 ق ² 2 ف ⁵) (3 ق ² 3 ف ⁶) (3 د ⁶) (4 ث ¹)

ثم يتم حساب متوسط ​​عدد الإلكترونات التي لا تنتمي إلى المستوى الخارجي:

S = (8 × (0.85)) + (10 × 1.00)) = 16.80

بأخذ قيمة S ، ننتقل إلى حساب Z *:

Z * = 19.00 - 16.80 = 2.20

المثال الثاني

في هذه الحالة الثانية ، يكون إلكترون التكافؤ الوحيد في مدار 4 ثوانٍ. يمكن تحديد شحنتها النووية الفعالة بنفس الطريقة:

(1 ث ²) (2 ث ² 2 ف ⁶) (3 ق ² 3 ف ⁶) (3 د ¹)

مرة أخرى ، يتم حساب متوسط ​​عدد الإلكترونات غير المتكافئة:

S = (18 × (1.00)) = 18.00

أخيرًا ، باستخدام قيمة S ، يمكننا حساب Z *:

Z * = 19.00 - 18.00 = 1.00

خاتمة

عند مقارنة النتائج السابقة ، يمكن ملاحظة أن الإلكترون الموجود في مدار 4 ثوانٍ ينجذب إلى نواة الذرة بواسطة قوى أكبر من تلك التي تجذب الإلكترون الموجود في المدار 3 د. لذلك ، فإن الإلكترون الموجود في مدار 4 ثوانٍ له طاقة أقل من تلك الموجودة في المدار 3 d.

وبالتالي ، يُستنتج أن الإلكترون يمكن أن يوجد في مدار 4 ثوانٍ في حالته الأرضية ، بينما في المدار 3 d يكون في حالة إثارة.

المراجع

1. ويكيبيديا. (2018). ويكيبيديا. تعافى من en.wikipedia.org
2. تشانغ ، ر. (2007). كيمياء. الطبعة التاسعة (ماكجرو هيل).
3. ساندرسون ، ر. (2012). روابط و روابط كيميائية للطاقة. تعافى من books.google.co.ve
4. صفة. (2015). Edexcel A Level Chemistry Student من George Facer - كتاب 1. تم الاسترجاع من books.google.co.ve
5. راغافان ، PS (1998). مفاهيم ومشكلات في الكيمياء غير العضوية. تعافى من books.google.co.ve