Question

在屏蔽效应中为什么σ是1<σ<Z-1

书上是这么一句话：由于电子是在原子核
周围运动的，所以，，，。。为什么啊？例如：
氮的核外有7个电子(1s)(2s2p)，则得： σ＝(2×0.85)+(4×0.35)＝3.10
　　Z＝7－3.10＝3.9
这个又是怎么算出来的？

Answer 1

在多电子原子中，某一指定电子ei除受到核电荷Z的吸引外，还受到Z－1个其余电子的排斥。根据中心势场模型，近似地把Z－1个电子对指定电子ei的排斥作用看成抵消了一部分核电荷对指定电子的作用，使核电荷数Z减为Z'，称Z'为有效核电荷数。

在多电子原子中，其余电子抵消核电荷对指定电子的作用叫做屏蔽作用。被抵消的核电荷Z的多少程度－屏蔽效应的强弱可以用一个由实验得出的经验常数－屏蔽常数s来衡量，即有效核电荷数Z'就等于核电荷数Z减去屏蔽常数s：Z'＝Z－s

这样，对多电子原子中的任一指定电子就归结为只受到有效核电荷Z¢势场的作用，和氢原子中的一个电子只受到质子势场的作用相似，只是核的势场强度不同而已。

屏蔽常数s值的确定，不少学者提出了各自不同精度的取值方法。这里介绍一种简化的屏蔽常数取值法：

以第n层的电子为研究对象，则（n＋1）层及更外层电子的屏蔽常数为零，即sn+1…＝0；同层电子之间取0.35，即sn＝0.35（但第一层之间s第一层＝0.3）；（n－1）层对n层取0.85，即sn-1＝0.85；（n－2）层及更内层电子的屏蔽常数为1，即sn-2…＝1。总的屏蔽常数st为其余电子对指定电子屏蔽常数之和：

st＝ås

例：对氦原子2He，作用在某一1s电子上的有效核电荷数为：

Z'＝Z－s＝2－0.3＝1.7

对于钠原子11Na，电子排布是：1s2 2s22p6 3s1。

作用在第一层某一个电子上的： Z'＝11－0.3＝10.7

作用在第二层某一个电子上的： Z'＝11－0.85×2－0.35×7＝6.85

作用在第三层电子上的： Z'＝11－1×2－0.85×8＝2.2

由此可见，虽然核电荷数都为11，但由于其余电子的屏蔽作用，有效核电荷数差别是很大的。越外层的电子，其有效核电荷数越小，越易于摆脱自身原子的束缚而离去或发生化学反应时参与成键。

对最外层电子而言，作用于它的有效核电荷在周期表中也是有规律的：

在短周期中（都是主族元素）：从左到右一方面核电荷数Z递增1；另一方面最外层电子数也递增1，因此有效核电荷数递增1－0.35＝0.65。

在长周期中（中部有副族元素）：在长周期两端的主族元素Z¢的递增与短周期主族元素相同，仍为0.65；但在长周期中部的副族元素，从左到右每增加1个核电荷数就增加1 个次外层电子，因此有效核电荷数递增1－0.85＝0.15，小于主族元素Z¢的递增值。

在周期表中从上到下，虽然核电荷数增多了，但由于电子层数的增加，内层电子数增多，对最外层电子的屏蔽效应增大，所以有效核电荷数增加很少，甚至没有增加。

“屏蔽效应的强弱可以用一个由实验得出的经验常数－屏蔽常数s来衡量”这句话就是说，屏蔽常数实际上是实验得出的数据，实验次数多了，就有了这样的经验常数。对于你来说，就需要记忆了。