使用 Slater 規則估算遮蔽效應
有效核電荷 Zeff 用於估算在考量其他電子的遮蔽後,原子核對特定電子的吸引力。原子核的實際電荷為 Z,但電子並不會感受到完整的吸引力,因為電子間的排斥與穿透效應會造成影響。請選擇元素並輸入佔據軌道(例如 3s、3p、3d 或 4f),即可套用傳統的 Slater 分組規則。
計算機會先建立中性原子的基態電子組態,再將電子區分為同一 Slater 群組、適用時的 n−1 殼層,以及更低層級的群組。每個計數都會套用該規則所公佈的遮蔽因子。顯示結果包含 S 以及 Zeff = Z − S 的計算,方便以手動方式重現週期性趨勢的練習。
遮蔽因子的指派方式
對於 ns 或 np 電子,相同 (ns,np) 群組中的其他電子通常各貢獻 0.35;另一個 1s 電子貢獻 0.30。n−1 殼層中的電子各貢獻 0.85,n−2 或更低殼層中的電子則各貢獻 1.00。所選電子會從其自身同群組的計數中扣除,因此不會遮蔽自己。
對於 nd 或 nf 電子,相同 d 或 f 群組中的其他電子貢獻 0.35,而左側群組中的電子貢獻 1.00。在此方法中,右側群組不會遮蔽所選電子。這些是記帳規則,並非永久附著於個別電子的實測分率。工具會顯示每個小計,以便與教科書慣例進行分類比較。
謹慎選擇一個已佔據的軌域
軌域標籤結合主量子數與副層字母。鈉的基態組態為 1s² 2s² 2p⁶ 3s¹,因此 3s 為已佔據且適合的軌域。對中性鈉輸入 3p 將會被拒絕,因為基態中沒有電子佔據該副層。對於過渡元素,請檢視所顯示的組態,因為熟悉的填充順序捷徑存在已知的例外情況。
目前的頁面計算的是中性原子。它不會為離子移除電子,也不會在激發態的競爭電子組態之間作選擇。如果題目涉及 Fe²⁺,請先依課程的移除規則建構離子組態,再使用中性原子的結果。同樣地,請確認所要求的慣例為 Slater 規則;其他遮蔽模型使用不同的方程式,可能會得到不同的數值。
解讀並驗證 Zeff
在這些正的遮蔽因子下,Zeff 應小於或等於 Z。橫跨同一週期時,有效核電荷通常會增加,因為核電荷增加,而遮蔽並未完全抵消此增量。這有助於解釋例如同一週期內原子半徑遞減等整體趨勢,但此數值估計並非直接的原子半徑或遊離能。
若要檢驗結果,請將三個遮蔽小計相加,確認其等於 S。再從元素旁所列的原子序中減去 S。對於鈉的 3s 電子,八個 n−1 電子與兩個較低的 1s 電子得到 S = 8.8,Zeff 約為 2.2。若同一電子出現在同群組計數中,答案將會被過度遮蔽。
近似與隱私
Slater 規則是在現代高精度電子結構方法出現之前所發展的教學近似。電子是量子力學的分佈,而非位於固定遮蔽層中的微小粒子。請將此數值用於學習分群與週期性趨勢,而非作為光譜、材料設計或化學安全決策的精確證據。
這些數值於目前的瀏覽器分頁中計算。NexaCurrent 不會上傳在此輸入的數值、公式、化學名稱、元素選擇或其他資訊,且無需帳號。複製是在答案與計算過程顯示後的刻意操作。重新整理或離開頁面將清除目前的計算結果,因此若日後學習需要,請保留已複製的結果。