Comment déterminer la constante d'écran et la charge nucléaire effective

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Dans beaucoup d'atomes, la charge que perçoit chaque électron est inférieure à la charge nucléaire effective en raison de l'effet d'écran des autres électrons. En appliquant la règle de Slater, nous pouvons calculer la constante d'écran, désignée par la lettre σ, pour chaque électron de l'atome. La charge effective du noyau peut être définie comme étant la différence entre la charge réelle du noyau (Z) et l'effet d'écran, qui est exercé par les électrons qui tournent entre le noyau et l'électron de valence. La charge nucléaire effective est calculée par la formule Z* = Z - σ où, Z = numéro atomique σ = constante d'écran. Afin de calculer la charge nucléaire effective (Z*), nous avons besoin de la valeur de la constante d'écran (σ), qui peut être obtenue en utilisant les règles suivantes.

Étapes

1
Écrivez la configuration électronique de l'élément, comme suit.
- (1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) (5d)…
- Répartissez tous les électrons dans les différentes orbitales atomiques selon la règle de Klechkowski.
  - Les électrons situés à droite de l'électron qui vous intéresse ne contribuent pas à la constante d'écran.
  - La constante d'écran pour chaque groupe est déterminée par les règles suivantes.
    - Tous les autres électrons d’un même groupe que l'électron d'intérêt exercent un effet-écran équivalent à 0,35 (charges électroniques), à l'exception du groupe 1s pour lequel l'écran d'un électron sur l'autre électron est 0,30.
    - Dans le cas des groupes appartenant au type [s, p], la contribution est de 0,85 pour chaque électron de la couche (n-1) et de 1,00 pour chaque électron de la couche (n-2) et de la couche inférieure.
    - Dans le cas d'un groupe appartenant au type [d] ou [f], la contribution est de 1,00 pour tous les électrons situés à gauche de cette orbitale.
2
Calculez Z* de l'électron 2p dans l'atome d'azote.
- La configuration électronique est (1s²) (2s², 2p³).
- La constante d'écran σ = (0,35 x 4) + (0,85 x 2) = 3,10.
- La charge nucléaire effective, Z * = Z - σ = 7 - 3,10 = 3,90.
3
Calculez Z* et σ sur l'électron 3p du silicium.
- La configuration électronique est (1s²) (2s², 2p⁶)(3s², 3p²).
- σ = (0,35 × 3) + (0,85 × 8) + (1 × 2) = 9,85.
- Z* = Z – σ = 14 – 9,85 = 4,15.
4
Calculez Z* sur les électrons 4s et 3d du zinc.
- La configuration électronique est (1s²) (2s², 2p⁶)(3s², 3p⁶)(3d¹⁰)(4s²).
- Pour l'électron 4s.
- σ = (0,35 × 1) + (0,85 × 18) + (1 × 10) = 25,65.
- Z* = Z – σ = 30 – 25,65 = 4,35.
- Pour l'électron 3d.
- σ = (0,35 × 9) + (1 × 18) = 21,15.
- Z* = Z – σ = 30 – 21,15 = 8,85.
5
Calculez Z* sur un électron de la couche 6s du tungstène (Z = 74).
- Configuration électronique : (1s²) (2s², 2p⁶)(3s², 3p⁶)(4s², 4p⁶) (3d¹⁰) (4f¹⁴) (5s², 5p⁶)(5d⁴), (6s²).
- σ = (0,35 × 1) + (0.85 × 12) + (1 × 60) = 70,55.
- Z* = Z – σ = 74 – 70,55 = 3,45.
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Conseils

Renseignez-vous sur l'effet d'écran, de la règle de Slater, la constante d'écran, la charge nucléaire effective, etc.
S'il n'y a qu'un seul électron sur l'orbitale, l'effet d'écran est absent. Si le nombre d'électrons présents est impair, soustrayez-en un pour obtenir la quantité réelle à multiplier pour obtenir l'effet d'écran.