प्रभावी परमाणु प्रभार

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परमाणु भौतिकी में, प्रभावी परमाणु प्रभार 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 Zeff, (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 Zeff 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

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:

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

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

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:

जहाँ

  • हाइड्रोजन और के लिए कक्षीय का माध्य त्रिज्या है
  • 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।[1][2] 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।[3]

यह भी देखें

संदर्भ

  1. Clementi, E.; Raimondi, D. L. (1963). "एससीएफ कार्यों से परमाणु स्क्रीनिंग स्थिरांक". J. Chem. Phys. 38 (11): 2686–2689. Bibcode:1963JChPh..38.2686C. doi:10.1063/1.1733573.
  2. Clementi, E.; Raimondi, D. L.; Reinhardt, W. P. (1967). "Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons". Journal of Chemical Physics. 47 (4): 1300–1307. Bibcode:1967JChPh..47.1300C. doi:10.1063/1.1712084.
  3. "Effective Nuclear Charge - Definition and Trends - UBC Wiki".


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