الشحنة النووية الفعالة

في الكيمياء هناك ما يعرف بنموذج بور لذرة الهيدروجين H، حيث تم الحصول على الطاقة من خلال المعادلة التالية: En = – Ry (Z ^2/n ^2) = – Ry (1/n ^2)، حيث أن قيمة Ry تساوي  13.6 إلكترون فولت، كما أن الشحنة النووية والمعروفة بالرمز Z تساوي 1 للهيدروجين.

لكن عندما تم حساب قيمة الطاقة لذرات غير الهيدروجين، مثلا الهيليوم He الذي يمتلك قيمة Z تساوي 2 وجد أن قيمة الطاقة المحسوبة تختلف عن قيمة الطاقة الحقيقية، حيث أن قيمة الطاقة المتوقعة تساوي -54.4 إلكترون فولت، بينما قيمة الطاقة الفعلية تساوي -24.6 إلكترون فولت، إذا من الواضح أن هناك شيء خاطئ بنموذج بور، وهذا الشيء الخاطئ عبارة عن الشحنة النووي الفعالة.

الشحنة النووية الفعالة Effective Nuclear Charge

• الشحنة النووية الفعالة قد يرمز لها بأحد الرمزيين التاليين: *Z أو Z eff، ووجدت عندما تم اكتشاف أن هناك شيء خاطئ بنموذج بور الذري، حيث إن وجود إلكترونات أخرى تدور حول النواة يعمل على حجب إلكترونًا من الشحنة الكاملة للنواة.

• حيث أننا الآن يمكننا العمل على تقريب طاقة الإلكترونات من خلال القيام بعمل تعديل بسيط على معادلة بور لحساب الشحنة النووية الفعالة الأقل، حيث تصبح المعادلة بالشكل التالي: En = – Ry (Z*^2/n^2) حيث أن  (Z* = Z – σ).

• في حين أن *Z هي عبارة عن الشحنة النووية الفعالة، بينما Z هي عبارة عن العدد الذري، أما بالنسبة للرمز σ فهو عبارة عن ثابت الحجب أو ما يعرف بـ (screening constant) أو (shielding constant).

• ترتيب المدارات (الملء) في ذرة متعددة الإلكترونات بكون بالشكل التالي:

1s < 2s < 2p < 3s < 3p < 4s < 3d < 4p < 5s < 4d < 5p < 6s

• والآن نحن نريد أن نكون قادرين على التنبؤ بقيم كلا من ثابت الحجب σ والشحنة النووية الفعالة *Z.

قواعد سلاتر للتنبؤ بـ σ للإلكترون

• التكوين البنائي أو التوزيع الإلكتروني لمجموعة من الإلكترونات على النحو التالي: (1s) ,(2s,2p) ,(3s,3p) ,(3d) ,(4s,4p) ,(4d) ,(4f) ,(5s,5p), ونكمل بنفس الطريقة.

• لا تحمي الإلكترونات الموجودة على اليمين (وهي الإلكترونات الموجودة في الطبقات الفرعية والأغلفة الأعلى) الإلكترون.

• إذا كان الإلكترون محل الاهتمام هو إلكترون ns أو np:

أ) يساهم كل إلكترون مع الإلكترون الآخر في نفس المجموعة بـ 0.35 (0.30 لكل 1s).

ب) يساهم كل إلكترون مع الإلكترون الآخر في مجموعة n-1 بمقدار (0.85).

ج) يساهم كل إلكترون مع الإلكترون الآخر في مجموعة n-2 أو أقل بمقدار (1.00).

• إذا كان الإلكترون محل الاهتمام هو الإلكترون nd أو nf:

أ) يساهم كل إلكترون مع الإلكترون الآخر في نفس المجموعة بنسبة (0.35).

ب) يساهم كل إلكترون مع الإلكترون الآخر في مجموعة أقل (إلى اليسار) بمقدار (1.00).