スレーター則計算機

歴史的背景

スレーター則は、多電子原子における電子が受ける遮蔽定数(σ)を系統的に計算する方法を提供するため、1930年にJohn C. Slaterによって導入されました。この遮蔽定数を用いることで、*有効核電荷(Z)**を計算でき、電子が原子核から受ける引力に関する知見が得られます。

多電子原子では、外殻の電子は内殻電子の反発のために、減少した核電荷を経験します。この反発効果は遮蔽として知られています。スレーター則は、この遮蔽が核電荷をどれだけ減少させるかを計算するのに役立ちます。

計算式

スレーター則を用いた有効核電荷の計算式は以下の通りです。

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

ここで:

• \( Z^* \) は有効核電荷です。
• \( Z \) は原子番号（原子核中の陽子の総数）です。
• \( \sigma \) は遮蔽定数であり、異なる殻における電子の配置に基づいてスレーターの経験則を用いて計算されます。

計算例

2p軌道に外殻電子を持つ酸素原子(Z = 8)の場合、スレーター則に従って遮蔽定数(σ)は3.45と推定できます。有効核電荷は以下の通り計算されます。

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

したがって、酸素の2p電子が経験する有効核電荷は約4.55です。

重要性と使用事例

• 原子性質の理解: 有効核電荷は、原子核と電子間の引力の強さに関する知見を与え、イオン化エネルギー、電子親和力、原子サイズを理解するのに役立ちます。
• 化学的挙動の予測: 原子がどのように結合し、他の元素と相互作用するかを予測する上で重要であり、それらの反応性や周期表における位置に影響を与えます。
• 周期的な性質の傾向の説明: 有効核電荷は、原子半径、電気陰性度、周期や族にわたって変化するその他の性質などの周期的な傾向を説明するのに役立ちます。

よくある質問

1. 遮蔽定数(σ)とは何ですか？

   • 遮蔽定数は、内殻電子が外殻電子が感じる核電荷をどれだけ減少させるかを定量化したものです。電子の配置に応じて異なる値を割り当てるスレーター則を用いて計算されます。

2. 有効核電荷が重要なのはなぜですか？

   • 有効核電荷は、原子の原子核がその電子をどれだけ強く引き付けるかを説明します。元素の化学的および物理的性質を決定する上で重要な役割を果たします。

3. 有効核電荷は負になる可能性がありますか？

   • いいえ、遮蔽は常に全核電荷以下であるため、有効核電荷は負になることはありません。