Rechner für effektive Kernladung

Die effektive Kernladung beschreibt die positive Nettoanziehung, die ein Elektron in einem Mehrelektronenatom erfährt. Die Kernladung wird durch die Ordnungszahl Z bestimmt, doch andere Elektronen stoßen das betrachtete Elektron ab und schirmen die volle Anziehung teilweise ab. Ein einfaches Modell lautet Zeff = Z − S, wobei S eine für das jeweilige Elektron geschätzte Abschirmkonstante ist. Das Ergebnis ist dimensionslos und wird häufig in Einheiten der positiven Elementarladung beschrieben. Die Abschirmung ist nicht für jedes Elektron gleich. Innere Elektronen schirmen Valenzelektronen meist stark ab, während Elektronen derselben Schale einander weniger wirksam abschirmen. Innere Elektronen selbst erfahren eine deutlich größere effektive Ladung, da zwischen ihnen und dem Kern wenig Elektronendichte liegt. Stärker eindringende Orbitale halten sich häufiger kernnah auf und erfahren meist ein größeres Zeff. Innerhalb derselben Hauptschale folgt die Penetration üblicherweise der Reihenfolge s, p, d, f. Der Rechner führt die abschließende Subtraktion aus, sobald die Abschirmkonstante bekannt ist. In Einführungsaufgaben wird S vorgegeben oder mit den Slater-Regeln geschätzt. Diese gruppieren die Elektronenkonfiguration und ordnen Elektronen derselben und innerer Gruppen Beiträge zu. Da die Koeffizienten vom betrachteten Elektron abhängen, berechne S für dieses Elektron und behandle es nicht als universelle Elementeigenschaft. Fortgeschrittene quantenchemische Methoden beschreiben Abschirmung über die Elektronendichte statt über eine einzelne empirische Konstante. Die effektive Kernladung erklärt periodische Trends. Innerhalb einer Periode steigt die Kernladung stärker, als die Abschirmung sie ausgleichen kann, sodass Zeff der Valenzelektronen meist zunimmt. Die stärkere Anziehung trägt von links nach rechts zu kleineren Atomradien und höheren Ionisierungsenergien bei. Innerhalb einer Gruppe nach unten erhöhen zusätzliche Schalen sowohl Abstand als auch Abschirmung; der Trend erfordert daher mehr als Zeff allein. Das Konzept erklärt außerdem qualitativ Elektronegativität, Orbitalenergie und chemische Reaktivität. Verwechsle effektive Kernladung nicht mit Formalladung, Oxidationszahl oder Nettoladung eines Ions. Diese Buchführungsgrößen beantworten andere chemische Fragen. Zeff hängt zudem vom betrachteten Elektron und Orbital ab. Ein Ergebnis ohne Elektronenkonfiguration und Abschirmmethode kann daher irreführen. Nutze den Rechner zur Rechenkontrolle nach Bestimmung von S, zum konsistenten Modellvergleich und zur Untersuchung, wie Ordnungszahl oder Abschirmung die Kernanziehung verändern. Für quantitative Spektroskopie oder hochpräzise Atomeigenschaften sind experimentelle Daten oder geeignete Elektronenstrukturrechnungen nötig.