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核心定义

电子屏蔽效应是指在一个多电子原子中，由于电子之间的相互排斥，导致内层电子或同层电子会“抵消”或“削弱”原子核对外层电子的吸引力。

* 通俗地讲：外层电子感受到的核电荷（即有效核电荷）并不是实际的核电荷，因为有内层电子像一层“屏幕”一样挡在了中间。

* 结果：外层电子的能量升高，更易于失去。

基本规则与近似方法：斯莱特规则

为了定量估算屏蔽效应的程度，科学家约翰·C·斯莱特提出了一套经验规则，称为斯莱特规则。这套规则可以用来计算作用于某个特定电子上的有效核电荷 (Z\\*)。

公式为：

**Z\\* = Z

* Z*: 有效核电荷

* Z: 实际核电荷数（原子序数）

* σ: 屏蔽常数，代表所有其他电子对该电子的总屏蔽值

斯莱特规则的步骤：

1. 电子分组

将原子的电子按以下顺序和组别排列：

(1s)；(2s,2p)；(3s,3p)；(3d)；(4s,4p)；(4d)；(4f)；(5s,5p)...

2. 计算屏蔽常数 (σ)

要计算某个指定电子所受到的 σ，需要将所有其他电子对它的贡献相加。贡献值的规则如下：

* 右侧各组的电子对指定电子没有屏蔽作用（σ=0）。也就是说，我们只考虑比该电子更靠近原子核的那些电子。

* 同组电子：除了 1s 群组内的另一个电子贡献为 0.30 外，同一 (ns, np) 组的其他每个电子贡献 0.35。（对于 1s 电子，来自另 1 个 1s 电子的屏蔽是 0.30）。

* *例子*：碳原子的一个 2p 电子，会受到同一 (2s,2p) 组中另外 3 个电子的屏蔽，每个贡献 0.35。

* 左侧 (n-1) 层的每个电子贡献 0.85。

* *例子*：钠原子的一个 3s 电子，会受到来自 (2s,2p) 组的 8 个电子的屏蔽，每个贡献 0.85。

* 左侧 (n-2) 及更内层的每个电子贡献 1.00。

* *例子*：同上，钠的 3s 电子还会受到来自 (1s) 组的 2 个电子的屏蔽，每个贡献 1.00。

* 对于 d 或 f 电子：所有在它左侧的电子（包括同层的 s 和 p 电子）都对它有 1.00 的屏蔽贡献。

实例应用

让我们通过两个例子来应用这个规则。

例1：计算氦(He)原子中一个 1s 电子的有效核电荷

* 核电荷 Z = 2

* 电子构型：1s²

* 我们要计算其中一个 1s 电子的 Z\\*

* σ的计算:

* 根据规则，同一个 1s 组的另一个电子对其屏蔽贡献为 0.30。

* 总 σ = 1 × 0.30 = 0.30

* **Z\\* = Z

* 结论：每个 1s 电子实际上只感受到了 +1.70 的核电引力，而不是 +2。

例2：计算钠(Na)原子价电子（3s¹）的有效核电荷

* 核电荷 Z = 11

* 电子构型：1s² 2s² 2p⁶ 3s¹

* 我们要计算那个 3s 电子的 Z\\*

* σ的计算:

* (n-1)层：这是：这是第二层 (2s,2p)，有 8 个电子。每个贡献 0.85。总贡献 = 8 × 0.85 = 6.80

* (n-2)及更内层：这是第一层 (1s)，有 2 个电子。每个贡献 1.00。总贡献 = 2 × 1.00 = 2.00

* 同组电子：3s 组里只有它自己，所以没有其他电子屏蔽它。

* 总 σ = 6.80 + 2.00 = 8.80

* **Z\\* = 11

* 结论：钠的价电子只感受到了约 +2.20 的有效核电荷，这很好地解释了为什么钠非常活泼，极易失去这个电子形成 Na⁺。

重要影响与应用

1. 原子半径：在同一周期中，从左到右，Z 增加，但增加的电子填入同一壳层，屏蔽效果增加有限（主要是 0.35），因此有效核电荷 Z\\* 显著增大，原子核对电子的吸引力增强，导致原子半径减小。

2. 电离能：屏蔽效应越强，有效核电荷越小，电子束缚得越松，电离能就越低。这就是为什么碱金属的电离能远低于稀有气体的原因。

3. 解释电子排布的特殊情况：例如 Cr 和 Cu 的电子排电子排布。

* 铬(Cr)：[Ar] 4s¹ 3d⁵ 而不是 [Ar] 4s² 3d⁴

* 铜(Cu)：[Ar] 4s¹ 3d¹⁰ 而不是 [Ar] 4s² 3d⁹

* 原因：3d 轨道的屏蔽效率非常高（σ ≈ 1.00），当 3d 电子接近半满或全满时，它对 4s 电子的强屏蔽效应使得 4s 轨道的能量非常接近甚至略高于 3d 轨道。为了达到更稳定的低能态（半充满或全充满的 d 亚层具有额外的稳定性），系统会选择让 4s 轨道只保留一个电子。

| 关键概念 | 描述 |

| :--

| 电子屏蔽 | 内层/同层电子减弱原子核对外层电子吸引力的现象。 |

| 有效 有效核电荷(Z\\*) | 电子实际感受到的、经过屏蔽削弱后的核电荷。Z\\*=Z-σ |

| 屏蔽常数(σ) | 衡量屏蔽效应大小的数值，可通过斯莱特规则估算。 |

| 主要后果 | 解释了原子半径变化趋势、电离能差异以及某些特殊的电子排布。 |

简而言之，电子屏蔽规则是理解元素周期律和原子许多物理、化学性质的微观基石**。