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钻穿效应查看源代码讨论查看历史

事实揭露 揭密真相
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钻穿效应原子核附近出现的概率较大的电子,可更多地避免其余电子的排斥,受到核的较强的吸引而更靠近核,这种进入原子内部空间的作用叫做钻穿效应(penetration effect),钻穿效应可以使能级降低。


中文名:钻穿效应

外文名:penetration effect

含 义:进入原子内部空间的作用

钻穿能力:ns > np > nd > nf

作 用降低能级

基本性质

量子力学观点来看,电子可以出现在原子内任何位置上。也就是说,外层电子可以钻入内部壳层而更靠近原子核,从而削弱了内层电子的屏蔽效用,相对增加了原子的有效核电荷,使得原子轨道的能级降低,这种现象称为钻穿效应。钻穿效应越大,意味着电子可以出现在离核近一些的区域,电子的能量越低。 [1]

定性判断

钻穿效应的大小可以根据核外电子云的径向分布函数进行定性判断:

主量子数n相同而角量子数l不同的轨道,能级的顺序是:Ens<Enp<End<Enf,这种现象叫作能级分裂。这是因为主量子数相同的各态中,s态峰的数目最多,它的分布特点是:主峰离核最远,小峰靠核最近,随着核电荷的增加,最靠近核的小峰在能量上的作用越来越明显。这一方面是小峰所代表的电子云有效地避开其他电子的屏蔽,作用在小峰上的有效核电荷大;另一方面,小峰所代表的电子云离核近。两个因素都使电子和原子核的相互作用能增加,对该轨道的能级降低影响较大。

对于n和l都不同的轨道,n值大的电子亚层能级反而比n值小的电子亚层能级低,例如E4s<E3d,这种现象称为能级交错。、能级交错也可以用钻穿效应来说明,通过把4s和3d的径向分布函数图进行比较可以看出(如下图):


4s最大峰虽然比3d离核要远,但是它有小峰很靠近核。因此,4s比3d钻穿能力要大。4s和3d的径向分布函数图时也更好地回避其他电子的屏蔽。结果4s电子虽然主量子数较3d大,但角量子数小,钻穿效应大,使得4s轨道能级低于3d轨道的能级,即E4s<E3d。其他能级次序的不规则排列,如E5s<E4d,E6s<E4f< E5d,大体上都可以用同样的原因予以说明。 [2]

参考文献

  1. [王国清.无机化学:中国医药科技出版社 ,2015]
  2. [王国清.无机化学:中国医药科技出版社 ,2015]