[科普中国]-有效核电荷

有效核电荷是指吸引电子的净正电荷。在原子轨道中运动的电子，不仅受到核电荷的吸引作用，还受到其他电子的排斥作用，电子之间的排斥作用将减弱原子核对电子的吸引作用。

基本性质对于多电子原子，核外的一个电子不仅仅受到原子核的吸引，而且还受到其余电子的排斥作用，必定会抵消原子核对该电子的吸引，此电子实际受到的核电荷比原子序数（Z）小。电子实际受到的核电荷称为有效核电荷，用Z*表示，Z*=Z-σ。其中，Z为核电荷数，σ为屏蔽常数，通常近似于非价电子数，可用斯莱特法则近似计算。

屏蔽常数σ值的确定以第n层电子为研究对象：（n+1）层及更外层电子的屏蔽常数为零，即σ外=0；

同层电子之间取0.35，即σn=0.35（但第一层电子之间σ第一层=0.3）。

（n一1）层对n层电子的屏蔽常数σn-1=0.85；

（n一2）层及更内层电子的屏蔽常数为1，即σn-2=1

总的屏蔽常数σ总为其余电子对指定电子屏蔽常数之和。

例：对氦原子2He，作用在某一个1s电子上的有效核电荷数：

Z*=Z-σ=2-0.3=1.7。

对钠原子11Na，电子分布是2，8，1。

作用在第一层某一个电子上的有效核电荷数：

Z*=11-0.3=10.7。

作用在第二层某一个电子上的有效核电荷数：

Z*=11-2×0.85-7×0.35=6.85。

作用在第三层那一个电子上的有效核电荷数：

Z*=11-2×1-8×0.85=2.2。

由此可见，虽然核电荷数是11，但由于其余电子的屏蔽作用，有效核电荷数差别很大。越外层的电子，其有效核电荷数越小，易于摆脱自身原子的束缚而离去或发生化学反应时参与成键。

变化规律有效核电荷随着原子序数的递增，有效核电荷呈周期性变化，如下图：

从图中可以看出：

1、有效核电荷随原子序数的增加而增加，呈现周期性变化。

2、同一周期的主族元素，从左到右，随着原子序数的增加Z*明显增加；而副族元素的Z*增加得不明显。

3、同族元素，自上而下，虽然核电荷数增加较多，但上下相邻元素的原子序数增加1个电子层屏蔽作用增大，导致有效电荷增加不多。1

电子能量与有效核电荷的关系有效核电荷的大小，反映了核对电子的约束能力，故与电子能量有关。核对电子的约束愈强，则电子的活动性就愈小，即电子的能量愈小。反之，核对电子的约束愈弱，则电子的活动性就愈大，即电子的能量愈大。电子的能量E与有效核荷的关系如下：

根据电子能量与有效核电荷的关系，可以说明多电子原子中同一电子层的电子能级的分裂。2

本词条内容贡献者为:

唐浩宇 - 教授 - 湘潭大学