प्रभावी परमाणु प्रभार

परमाणु भौतिकी में, प्रभावी परमाणु आवेश एक बहु-इलेक्ट्रॉन परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किए गए धनात्मक (परमाणु) आवेश की वास्तविक मात्रा है। प्रभावी शब्द का उपयोग इसलिए किया जाता है क्योंकि ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों का परिरक्षण प्रभाव उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉनों को आंतरिक परत के विकर्षक प्रभाव के कारण परमाणु नाभिक के पूर्ण परमाणु आवेश का अनुभव करने से रोकता है। एक इलेक्ट्रॉन द्वारा अनुभव किए जाने वाले प्रभावी परमाणु आवेश को कोर आवेश भी कहा जाता है। परमाणु के ऑक्सीकरण संख्या द्वारा परमाणु आवेश की शक्ति का निर्धारण करना संभव है। तत्वों के अधिकांश भौतिक और रासायनिक गुणों को इलेक्ट्रॉनिक कॉन्फ़िगरेशन के आधार पर समझाया जा सकता है। आवर्त सारणी में आयनीकरण ऊर्जाओं के संबंध पर विचार करें। यह ज्ञात है कि आयनीकरण क्षमता का परिमाण निम्नलिखित कारकों पर निर्भर करता है:


 * 1) परमाणु का आकार;
 * 2) परमाणु प्रभार;
 * 3) आंतरिक गोले का स्क्रीनिंग प्रभाव, और
 * 4) किस सीमा तक सबसे बाहरी इलेक्ट्रॉन आंतरिक लेटे हुए इलेक्ट्रॉन द्वारा स्थापित आवेश क्लाउड में प्रवेश करता है।

आवर्त सारणी में प्रभावी नाभिकीय आवेश समूह में नीचे की ओर घटता है और आवर्त में बाएँ से दाएँ बढ़ता है।

विवरण
प्रभावी परमाणु संख्या Zeff, (कभी-कभी प्रभावी परमाणु प्रभार के रूप में संदर्भित) एक परमाणु के प्रोटॉन की संख्या है जो आंतरिक-कोश इलेक्ट्रॉन द्वारा स्क्रीनिंग के कारण तत्व में एक इलेक्ट्रॉन प्रभावी रूप से 'देखता' है। यह परमाणु में ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों और धनात्मक रूप से आवेशित प्रोटॉन के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक संपर्क का एक उपाय है। एक परमाणु में इलेक्ट्रॉनों को नाभिक के बाहर ऊर्जा द्वारा 'ढेर' के रूप में देखा जा सकता है; सबसे कम ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन (जैसे 1s और 2s इलेक्ट्रॉन) नाभिक के निकटतम स्थान पर कब्जा कर लेते हैं, और उच्च ऊर्जा वाले इलेक्ट्रॉन नाभिक से आगे स्थित होते हैं।

एक इलेक्ट्रॉन की बाध्यकारी ऊर्जा, या परमाणु से इलेक्ट्रॉन को हटाने के लिए आवश्यक ऊर्जा, ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों और सकारात्मक रूप से आवेशित नाभिक के बीच इलेक्ट्रोस्टैटिक संपर्क का एक कार्य है। उदाहरण के लिए, लोहे (परमाणु संख्या 26) में नाभिक में 26 प्रोटॉन होते हैं। जो इलेक्ट्रॉन नाभिक के सबसे निकट हैं, वे लगभग सभी को 'देख' सकेंगे। चूँकि, इलेक्ट्रॉनों को और दूर नाभिक से बीच में अन्य इलेक्ट्रॉनों द्वारा प्रदर्शित किया जाता है, और परिणामस्वरूप कम इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया अनुभव होता है। लोहे का 1s इलेक्ट्रॉन (नाभिक के सबसे निकट वाला) 25 की एक प्रभावी परमाणु संख्या (प्रोटॉन की संख्या) देखता है। इसका कारण यह 26 नहीं है कि परमाणु में कुछ इलेक्ट्रॉन दूसरों को पीछे हटाते हैं, जिससे एक नाभिक के साथ शुद्ध कम इलेक्ट्रोस्टैटिक परस्पर क्रिया । इस प्रभाव की कल्पना करने का एक विधि यह है कि 1s इलेक्ट्रॉन नाभिक में 26 प्रोटॉन के एक तरफ बैठा है, दूसरी तरफ एक अन्य इलेक्ट्रॉन बैठा है; प्रत्येक इलेक्ट्रॉन 26 प्रोटॉन के आकर्षक बल से कम अनुभव करेगा क्योंकि अन्य इलेक्ट्रॉन प्रतिकर्षण बल का योगदान करते हैं। लोहे में 4s इलेक्ट्रॉन, जो नाभिक से सबसे दूर हैं, केवल 5.43 की एक प्रभावी परमाणु संख्या अनुभव करते हैं, क्योंकि इसके बीच 25 इलेक्ट्रॉन हैं और नाभिक आवेश को प्रदर्शित करता है।

प्रभावी परमाणु संख्याएँ न केवल यह समझने में उपयोगी होती हैं कि नाभिक से आगे के इलेक्ट्रॉन नाभिक के निकट वाले इलेक्ट्रॉनों की तुलना में इतने अधिक अशक्त रूप से क्यों बंधे होते हैं, किंतु इसलिए भी क्योंकि वे हमें बता सकते हैं कि अन्य गुणों और अंतःक्रियाओं की गणना के सरल विधि का उपयोग कब करना है। उदाहरण के लिए, लिथियम, परमाणु संख्या 3, के 1s कोश में दो इलेक्ट्रॉन हैं और 2s कोश में एक है। क्योंकि दो 1s इलेक्ट्रॉन 1 के समीप 2s इलेक्ट्रॉन के लिए एक प्रभावी परमाणु संख्या देने के लिए प्रोटॉन को स्क्रीन करते हैं, हम इस 2s वैलेंस इलेक्ट्रॉन को हाइड्रोजनिक मॉडल के साथ उपचार कर सकते हैं।

गणितीय रूप से, प्रभावी परमाणु संख्या Zeff स्व-सुसंगत क्षेत्र गणना के रूप में जानी जाने वाली विधियों का उपयोग करके गणना की जा सकती है, किंतु सरलीकृत स्थितियों में परमाणु संख्या घटाकर नाभिक और इलेक्ट्रॉन के बीच इलेक्ट्रॉनों की संख्या के रूप में लिया जाता है।

गणना
एक परमाणु में एक इलेक्ट्रॉन के साथ, वह इलेक्ट्रॉन सकारात्मक परमाणु नाभिक के पूर्ण आवेश का अनुभव करता है। इस मामले में, कूलम्ब के नियम द्वारा प्रभावी परमाणु प्रभार की गणना की जा सकती है।

चूँकि, एक परमाणु में कई इलेक्ट्रॉनों के साथ, बाहरी इलेक्ट्रान बन्धुता साथ सकारात्मक नाभिक के लिए इलेक्ट्रॉन संबंध होते हैं और ऋणात्मक रूप से आवेशित इलेक्ट्रॉनों द्वारा निरस्त कर दिए जाते हैं। ऐसे इलेक्ट्रॉन पर प्रभावी परमाणु आवेश निम्नलिखित समीकरण द्वारा दिया जाता है: $$Z_\mathrm{eff} = Z - S $$ जहाँ
 * Z नाभिक (परमाणु संख्या) में प्रोटॉन की संख्या है, और
 * S परिरक्षण स्थिरांक है।

एस विभिन्न नियम समूहों के व्यवस्थित अनुप्रयोग द्वारा पाया जा सकता है।

स्लेटर के नियम
किसी दिए गए इलेक्ट्रॉन के लिए परिरक्षण स्थिरांक निर्धारित करने की सबसे सरल विधि स्लेटर के नियमों (जॉन सी. स्लेटर के नाम पर) का उपयोग है। ये बीजगणितीय क्वांटम रसायन विज्ञान के विधि की प्रारंभ से विधियों का उपयोग करके परिरक्षण स्थिरांक खोजने की तुलना में अधिक सरल हैं।

हार्ट्री–फॉक विधि
हार्ट्री-फॉक पद्धति का उपयोग करके परिरक्षण स्थिरांक की गणना करना एक अधिक सैद्धांतिक रूप से न्यायोचित विधि है। डगलस हार्ट्री ने हार्ट्री-फॉक ऑर्बिटल के प्रभावी जेड को परिभाषित किया: $$Z_\mathrm{eff} = \frac{\langle r\rangle_{\rm H}}{\langle r\rangle_Z} $$ जहाँ
 * $$\langle r\rangle_{\rm H}$$ हाइड्रोजन और के लिए कक्षीय का माध्य त्रिज्या है
 * $$\langle r\rangle_Z$$ नाभिकीय आवेश Z के प्रोटॉन विन्यास के लिए कक्षीय की औसत त्रिज्या है।

मान
क्लेमेंटी एट अल द्वारा अद्यतन प्रभावी परमाणु प्रभार मान प्रदान किए गए थे। 1963 और 1967 में। उनके काम में, स्क्रीनिंग स्थिरांक प्रभावी परमाणु आवेश मान उत्पन्न करने के लिए अनुकूलित किए गए थे जो एससीएफ गणनाओं से सहमत थे। चूँकि भविष्य कहनेवाला मॉडल के रूप में उपयोगी, परिणामी स्क्रीनिंग स्थिरांक में परमाणु संरचना के गुणात्मक मॉडल के रूप में बहुत कम रासायनिक अंतर्दृष्टि होती है।

परमाणु प्रभार के साथ तुलना
न्यूक्लियर आवेश एक परमाणु के न्यूक्लियस का विद्युत् का आवेश होता है, जो न्यूक्लियस में प्रोटॉन की संख्या के समान प्राथमिक आवेश होता है। इसके विपरीत, प्रभावी परमाणु आवेश वैलेंस इलेक्ट्रॉनों पर कार्य करने वाले परमाणु प्रोटॉनों का आकर्षक धनात्मक आवेश होता है, जो परिरक्षण प्रभाव के कारण नाभिक में उपस्थित प्रोटॉनों की कुल संख्या से सदैव कम होता है।

यह भी देखें

 * परमाणु कक्षाएँ
 * कोर प्रभारी
 * डी-ब्लॉक संकुचन (या स्कैंडाइड संकुचन)
 * वैद्युतीयऋणात्मकता
 * लैंथेनाइड संकुचन
 * परिरक्षण प्रभाव
 * स्लेटर-प्रकार की कक्षाएँ
 * अणु की संयोजन क्षमता
 * अशक्त चार्ज

संसाधन

 * ब्राउन, थिओडोर; इंतेखाब खान, एच.ई.; एंड बर्स्टन, ब्रूस (2002)। रसायन विज्ञान: केंद्रीय विज्ञान (8वां संशोधित संस्करण)। अपर सैडल रिवर, न्यू जर्सी 07458: प्रेंटिस-हॉल। ISBN 0-13-061142-5.

श्रेणी:रासायनिक बंधन