슬레이터 규칙 계산기

역사적 배경

슬레이터 규칙은 1930년 존 C. 슬레이터가 다전자 원자 내 전자가 느끼는 차폐 상수(σ)를 체계적으로 계산하기 위해 제안한 방법입니다. 이 차폐 상수를 알면 **유효 핵전하(Z*)**를 계산할 수 있으며, 이는 전자가 원자핵으로부터 느끼는 인력에 대한 통찰력을 제공합니다.

다전자 원자에서, 바깥쪽 껍질의 전자는 안쪽 전자의 반발 때문에 감소된 핵전하를 경험합니다. 이 반발 효과를 차폐라고 합니다. 슬레이터 규칙은 이러한 차폐가 핵전하를 얼마나 감소시키는지 계산하는 데 도움을 줍니다.

계산 공식

슬레이터 규칙을 사용하여 유효 핵전하를 계산하는 공식은 다음과 같습니다.

\[ Z^* = Z - \sigma \]

여기서:

• \( Z^* \)는 유효 핵전하입니다.
• \( Z \)는 원자 번호(원자핵 내 양성자의 총 개수)입니다.
• \( \sigma \)는 차폐 상수이며, 슬레이터의 경험적 규칙을 사용하여 서로 다른 껍질에 있는 전자의 배열에 따라 계산됩니다.

예시 계산

2p 오비탈에 바깥쪽 전자가 있는 산소 원자(Z = 8)의 경우, 슬레이터 규칙에 따라 차폐 상수(σ)는 3.45로 추정할 수 있습니다. 유효 핵전하는 다음과 같이 계산됩니다.

\[ Z^* = 8 - 3.45 = 4.55 \]

따라서 산소의 2p 전자가 경험하는 유효 핵전하는 약 4.55입니다.

중요성 및 사용 사례

• 원자적 성질 이해: 유효 핵전하는 원자핵과 전자 사이의 인력의 세기에 대한 통찰력을 제공하여 이온화 에너지, 전자 친화도 및 원자 크기를 이해하는 데 도움이 됩니다.
• 화학적 거동 예측: 원자가 어떻게 결합하고 다른 원소와 상호 작용하는지 예측하는 데 중요하며, 이는 원소의 반응성과 주기율표에서의 위치에 영향을 미칩니다.
• 주기적 성질의 경향 설명: 유효 핵전하는 주기와 족에 따라 변하는 원자 반지름, 전기 음성도 및 기타 성질과 같은 주기적 경향을 설명하는 데 도움이 됩니다.

자주 묻는 질문

1. 차폐 상수(σ)란 무엇입니까?

   • 차폐 상수는 안쪽 전자가 바깥쪽 전자가 느끼는 핵전하를 얼마나 감소시키는지를 정량화합니다. 전자 배치에 따라 다른 값을 할당하는 슬레이터 규칙을 사용하여 계산됩니다.

2. 유효 핵전하가 중요한 이유는 무엇입니까?

   • 유효 핵전하는 원자의 원자핵이 전자를 얼마나 강하게 끌어당기는지를 설명합니다. 그것은 원소의 화학적 및 물리적 성질을 결정하는 데 중요한 역할을 합니다.

3. 유효 핵전하는 음수가 될 수 있습니까?

   • 아니요, 차폐는 항상 총 핵전하보다 작거나 같으므로 유효 핵전하는 음수가 될 수 없습니다.