प्रभावी परमाणु प्रभार

परमाणु भौतिकी में, प्रभावी परमाणु आवेश एक बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किए गए धनात्मक (परमाणु) आवेश की वास्तविक मात्रा है। प्रभावी शब्द का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों का परिरक्षण प्रभाव उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को आंतरिक परत के विकर्षक प्रभाव के कारण परमाणु नाभिक के पूर्ण परमाणु आवेश का अनुभव करने से रोकता है। एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किए जाने वाले प्रभावी परमाणु आवेश को कोर आवेश भी कहा जाता है। परमाणु के ऑक्सीकरण संख्या द्वारा परमाणु आवेश की शक्ति का निर्धारण करना संभव है। तत्वों के अधिकांश भौतिक और रासायनिक गुणों को इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर समझाया जा सकता है। आवर्त सारणी में आयनीकरण ऊर्जाओं के संबंध पर विचार करें। यह ज्ञात है कि आयनीकरण क्षमता का परिमाण निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करता है:

1. परमाणु का आकार;
2. परमाणु प्रभार;
3. आंतरिक गोले का स्क्रीनिंग प्रभाव, और
4. किस सीमा तक सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन आंतरिक लेटे हुए इलेक्ट्रॉन द्वारा स्थापित आवेश क्लाउड में प्रवेश करता है।

आवर्त सारणी में प्रभावी नाभिकीय आवेश समूह में नीचे की ओर घटता है और आवर्त में बाएँ से दाएँ बढ़ता है।

विवरण

प्रभावी परमाणु संख्या Z_eff, (कभी-कभी प्रभावी परमाणु प्रभार के रूप में संदर्भित) एक परमाणु के प्रोटॉन की संख्या है जो आंतरिक-कोश इलेक्ट्रॉन द्वारा स्क्रीनिंग के कारण तत्व में एक इलेक्ट्रॉन प्रभावी रूप से 'देखता' है। यह परमाणु में ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक संपर्क का एक उपाय है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के बाहर ऊर्जा द्वारा 'ढेर' के रूप में देखा जा सकता है; सबसे कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन (जैसे 1s और 2s इलेक्ट्रॉन) नाभिक के निकटतम स्थान पर कब्जा कर लेते हैं, और उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन नाभिक से आगे स्थित होते हैं।

एक इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा, या परमाणु से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा, ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से आवेशित नाभिक के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक संपर्क का एक कार्य है। उदाहरण के लिए, लोहे (परमाणु संख्या 26) में नाभिक में 26 प्रोटॉन होते हैं। जो इलेक्ट्रॉन नाभिक के सबसे निकट हैं, वे लगभग सभी को 'देख' सकेंगे। चूँकि, इलेक्ट्रॉनों को और दूर नाभिक से बीच में अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, और परिणामस्वरूप कम इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया अनुभव होता है। लोहे का 1s इलेक्ट्रॉन (नाभिक के सबसे निकट वाला) 25 की एक प्रभावी परमाणु संख्या (प्रोटॉन की संख्या) देखता है। इसका कारण यह 26 नहीं है कि परमाणु में कुछ इलेक्ट्रॉन दूसरों को पीछे हटाते हैं, जिससे एक नाभिक के साथ शुद्ध कम इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया । इस प्रभाव की कल्पना करने का एक विधि यह है कि 1s इलेक्ट्रॉन नाभिक में 26 प्रोटॉन के एक तरफ बैठा है, दूसरी तरफ एक अन्य इलेक्ट्रॉन बैठा है; प्रत्येक इलेक्ट्रॉन 26 प्रोटॉन के आकर्षक बल से कम अनुभव करेगा क्योंकि अन्य इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण बल का योगदान करते हैं। लोहे में 4s इलेक्ट्रॉन, जो नाभिक से सबसे दूर हैं, केवल 5.43 की एक प्रभावी परमाणु संख्या अनुभव करते हैं, क्योंकि इसके बीच 25 इलेक्ट्रॉन हैं और नाभिक आवेश को प्रदर्शित करता है।

प्रभावी परमाणु संख्याएँ न केवल यह समझने में उपयोगी होती हैं कि नाभिक से आगे के इलेक्ट्रॉन नाभिक के निकट वाले इलेक्ट्रॉनों की तुलना में इतने अधिक अशक्त रूप से क्यों बंधे होते हैं, किंतु इसलिए भी क्योंकि वे हमें बता सकते हैं कि अन्य गुणों और अंतःक्रियाओं की गणना के सरल विधि का उपयोग कब करना है। उदाहरण के लिए, लिथियम, परमाणु संख्या 3, के 1s कोश में दो इलेक्ट्रॉन हैं और 2s कोश में एक है। क्योंकि दो 1s इलेक्ट्रॉन 1 के समीप 2s इलेक्ट्रॉन के लिए एक प्रभावी परमाणु संख्या देने के लिए प्रोटॉन को स्क्रीन करते हैं, हम इस 2s वैलेंस इलेक्ट्रॉन को हाइड्रोजनिक मॉडल के साथ उपचार कर सकते हैं।

गणितीय रूप से, प्रभावी परमाणु संख्या Z_eff स्व-सुसंगत क्षेत्र गणना के रूप में जानी जाने वाली विधियों का उपयोग करके गणना की जा सकती है, किंतु सरलीकृत स्थितियों में परमाणु संख्या घटाकर नाभिक और इलेक्ट्रॉन के बीच इलेक्ट्रॉनों की संख्या के रूप में लिया जाता है।

गणना

See also: परिरक्षण प्रभाव

एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के साथ, वह इलेक्ट्रॉन सकारात्मक परमाणु नाभिक के पूर्ण आवेश का अनुभव करता है। इस मामले में, कूलम्ब के नियम द्वारा प्रभावी परमाणु प्रभार की गणना की जा सकती है।

चूँकि , एक परमाणु में कई इलेक्ट्रॉनों के साथ, बाहरी इलेक्ट्रान बन्धुता साथ सकारात्मक नाभिक के लिए इलेक्ट्रॉन संबंध होते हैं और ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों द्वारा निरस्त कर दिए जाते हैं। ऐसे इलेक्ट्रॉन पर प्रभावी परमाणु आवेश निम्नलिखित समीकरण द्वारा दिया जाता है:

$$Z_{\mathrm {eff} }=Z-S$$

जहाँ

• Z नाभिक (परमाणु संख्या) में प्रोटॉन की संख्या है, और
• S परिरक्षण स्थिरांक है।

एस विभिन्न नियम समूहों के व्यवस्थित अनुप्रयोग द्वारा पाया जा सकता है।

स्लेटर के नियम

Main article: स्लेटर के नियम

किसी दिए गए इलेक्ट्रॉन के लिए परिरक्षण स्थिरांक निर्धारित करने की सबसे सरल विधि स्लेटर के नियमों (जॉन सी. स्लेटर के नाम पर) का उपयोग है। ये बीजगणितीय क्वांटम रसायन विज्ञान के विधि की प्रारंभ से विधियों का उपयोग करके परिरक्षण स्थिरांक खोजने की तुलना में अधिक सरल हैं।

हार्ट्री–फॉक विधि

See also: हार्ट्री-फॉक विधि

हार्ट्री-फॉक पद्धति का उपयोग करके परिरक्षण स्थिरांक की गणना करना एक अधिक सैद्धांतिक रूप से न्यायोचित विधि है। डगलस हार्ट्री ने हार्ट्री-फॉक ऑर्बिटल के प्रभावी जेड को परिभाषित किया:

$$Z_{\mathrm {eff} }={\frac {\langle r\rangle _{\rm {H}}}{\langle r\rangle _{Z}}}$$

जहाँ

• $\langle r\rangle _{\rm {H}}$ हाइड्रोजन और के लिए कक्षीय का माध्य त्रिज्या है
• $\langle r\rangle _{Z}$ नाभिकीय आवेश Z के प्रोटॉन विन्यास के लिए कक्षीय की औसत त्रिज्या है।

मान

क्लेमेंटी एट अल द्वारा अद्यतन प्रभावी परमाणु प्रभार मान प्रदान किए गए थे। 1963 और 1967 में। उनके काम में, स्क्रीनिंग स्थिरांक प्रभावी परमाणु आवेश मान उत्पन्न करने के लिए अनुकूलित किए गए थे जो एससीएफ गणनाओं से सहमत थे। चूँकि भविष्य कहनेवाला मॉडल के रूप में उपयोगी, परिणामी स्क्रीनिंग स्थिरांक में परमाणु संरचना के गुणात्मक मॉडल के रूप में बहुत कम रासायनिक अंतर्दृष्टि होती है।

प्रभावी परमाणु आवेश

	H																	He
Z	1																	2
1s	1.000																	1.688
	Li	Be											B	C	N	O	F	Ne
Z	3	4											5	6	7	8	9	10
1s	2.691	3.685											4.680	5.673	6.665	7.658	8.650	9.642
2s	1.279	1.912											2.576	3.217	3.847	4.492	5.128	5.758
2p													2.421	3.136	3.834	4.453	5.100	5.758
	Na	Mg											Al	Si	P	S	Cl	Ar
Z	11	12											13	14	15	16	17	18
1s	10.626	11.609											12.591	13.575	14.558	15.541	16.524	17.508
2s	6.571	7.392											8.214	9.020	9.825	10.629	11.430	12.230
2p	6.802	7.826											8.963	9.945	10.961	11.977	12.993	14.008
3s	2.507	3.308											4.117	4.903	5.642	6.367	7.068	7.757
3p													4.066	4.285	4.886	5.482	6.116	6.764
	K	Ca	Sc	Ti	V	Cr	Mn	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Ga	Ge	As	Se	Br	Kr
Z	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36
1s	18.490	19.473	20.457	21.441	22.426	23.414	24.396	25.381	26.367	27.353	28.339	29.325	30.309	31.294	32.278	33.262	34.247	35.232
2s	13.006	13.776	14.574	15.377	16.181	16.984	17.794	18.599	19.405	20.213	21.020	21.828	22.599	23.365	24.127	24.888	25.643	26.398
2p	15.027	16.041	17.055	18.065	19.073	20.075	21.084	22.089	23.092	24.095	25.097	26.098	27.091	28.082	29.074	30.065	31.056	32.047
3s	8.680	9.602	10.340	11.033	11.709	12.368	13.018	13.676	14.322	14.961	15.594	16.219	16.996	17.790	18.596	19.403	20.219	21.033
3p	7.726	8.658	9.406	10.104	10.785	11.466	12.109	12.778	13.435	14.085	14.731	15.369	16.204	17.014	17.850	18.705	19.571	20.434
4s	3.495	4.398	4.632	4.817	4.981	5.133	5.283	5.434	5.576	5.711	5.842	5.965	7.067	8.044	8.944	9.758	10.553	11.316
3d			7.120	8.141	8.983	9.757	10.528	11.180	11.855	12.530	13.201	13.878	15.093	16.251	17.378	18.477	19.559	20.626
4p													6.222	6.780	7.449	8.287	9.028	9.338
	Rb	Sr	Y	Zr	Nb	Mo	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	Cd	In	Sn	Sb	Te	I	Xe
Z	37	38	39	40	41	42	43	44	45	46	47	48	49	50	51	52	53	54
1s	36.208	37.191	38.176	39.159	40.142	41.126	42.109	43.092	44.076	45.059	46.042	47.026	48.010	48.992	49.974	50.957	51.939	52.922
2s	27.157	27.902	28.622	29.374	30.125	30.877	31.628	32.380	33.155	33.883	34.634	35.386	36.124	36.859	37.595	38.331	39.067	39.803
2p	33.039	34.030	35.003	35.993	36.982	37.972	38.941	39.951	40.940	41.930	42.919	43.909	44.898	45.885	46.873	47.860	48.847	49.835
3s	21.843	22.664	23.552	24.362	25.172	25.982	26.792	27.601	28.439	29.221	30.031	30.841	31.631	32.420	33.209	33.998	34.787	35.576
3p	21.303	22.168	23.093	23.846	24.616	25.474	26.384	27.221	28.154	29.020	29.809	30.692	31.521	32.353	33.184	34.009	34.841	35.668
4s	12.388	13.444	14.264	14.902	15.283	16.096	17.198	17.656	18.582	18.986	19.865	20.869	21.761	22.658	23.544	24.408	25.297	26.173
3d	21.679	22.726	25.397	25.567	26.247	27.228	28.353	29.359	30.405	31.451	32.540	33.607	34.678	35.742	36.800	37.839	38.901	39.947
4p	10.881	11.932	12.746	13.460	14.084	14.977	15.811	16.435	17.140	17.723	18.562	19.411	20.369	21.265	22.181	23.122	24.030	24.957
5s	4.985	6.071	6.256	6.446	5.921	6.106	7.227	6.485	6.640	(empty)	6.756	8.192	9.512	10.629	11.617	12.538	13.404	14.218
4d			15.958	13.072	11.238	11.392	12.882	12.813	13.442	13.618	14.763	15.877	16.942	17.970	18.974	19.960	20.934	21.893
5p													8.470	9.102	9.995	10.809	11.612	12.425

परमाणु प्रभार के साथ तुलना

न्यूक्लियर आवेश एक परमाणु के न्यूक्लियस का विद्युत् का आवेश होता है, जो न्यूक्लियस में प्रोटॉन की संख्या के समान प्राथमिक आवेश होता है। इसके विपरीत, प्रभावी परमाणु आवेश वैलेंस इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करने वाले परमाणु प्रोटॉनों का आकर्षक धनात्मक आवेश होता है, जो परिरक्षण प्रभाव के कारण नाभिक में उपस्थित प्रोटॉनों की कुल संख्या से सदैव कम होता है।

यह भी देखें

• परमाणु कक्षाएँ
• कोर प्रभारी
• डी-ब्लॉक संकुचन (या स्कैंडाइड संकुचन)
• वैद्युतीयऋणात्मकता
• लैंथेनाइड संकुचन
• परिरक्षण प्रभाव
• स्लेटर-प्रकार की कक्षाएँ
• अणु की संयोजन क्षमता
• अशक्त चार्ज

संसाधन

• ब्राउन, थिओडोर; इंतेखाब खान, एच.ई.; एंड बर्स्टन, ब्रूस (2002)। रसायन विज्ञान: केंद्रीय विज्ञान (8वां संशोधित संस्करण)। अपर सैडल रिवर, न्यू जर्सी 07458: प्रेंटिस-हॉल। ISBN 0-13-061142-5.

श्रेणी:रासायनिक बंधन