有効核電荷計算機

有効核電荷は、多電子原子内で電子が受ける正味の正電荷による引力を表します。原子核の電荷は原子番号 Z で決まりますが、他の電子が反発し、核の引力を部分的に遮蔽します。簡単なモデルは Zeff = Z − S と書かれ、S は特定の電子について見積もる遮蔽定数です。結果は無次元で、通常は正の電気素量を単位として説明されます。 遮蔽は原子内のすべての電子で同じではありません。内殻電子は一般に価電子を強く遮蔽し、同じ殻の電子同士では遮蔽が弱くなります。内殻電子は核との間にある電子密度が少ないため、はるかに大きい有効電荷を受けます。浸透性の高い軌道は核近くに存在する割合が大きく、より大きな Zeff を受ける傾向があります。同じ主殻の軌道では、浸透性は通常 s、p、d、f の順です。 この計算機は、遮蔽定数が分かった後の最後の引き算を行います。入門問題では S が与えられる場合も、スレーターの規則で推定する場合もあります。この規則は電子配置をグループに分け、同じグループと内側のグループの電子に寄与を割り当てます。係数は対象電子によって異なるため、S を元素共通の性質として扱わず、その電子について求めてください。より高度な量子化学では、一つの経験定数ではなく電子密度で遮蔽を記述します。 有効核電荷は元素の周期的傾向を説明するのに役立ちます。同一周期を進むと核電荷が増え、遮蔽の増加では打ち消しきれないため、価電子の Zeff は一般に大きくなります。この強い引力が、左から右への原子半径の減少とイオン化エネルギーの増加に寄与します。同族で下に進むと殻が増え、距離と遮蔽の両方が増すため、Zeff だけでは単純に判断できません。電気陰性度、軌道エネルギー、化学反応性の定性的な説明にも使えます。 有効核電荷を形式電荷、酸化数、イオンの正味電荷と混同しないでください。それらは異なる化学的問題に答える電子の帳簿上の量です。Zeff は対象電子と軌道にも依存するため、電子配置や遮蔽の計算法を示さない結果は誤解を招きます。S を導いた後の計算確認、同じ基準でのモデル比較、原子番号や遮蔽が核引力に及ぼす影響の検討に使ってください。定量分光や高精度の原子特性には、実験データまたは適切な電子構造計算を利用してください。