シールド効果

化学において、遮蔽効果は原子遮蔽または 電子遮蔽とも呼ばれ、複数の電子を持つ原子における電子と原子核の間の引力を表します。遮蔽効果は、原子内の電子に対する引力の差により、電子雲上の 有効原子核電荷が減少することとして定義できます。これは電場遮蔽の特殊なケースです。この効果は、材料科学の多くのプロジェクトでも重要な意味を持ちます。

電子殻が空間的に広くなるほど、遮蔽により電子と原子核の間の電気的相互作用は弱くなります。さらに、軌道浸透の差により、特定の軌道 (s、p、d、または f) の電子が残りの電子に与える 遮蔽強度Sを次のように並べることができます。$${\displaystyle S(\mathrm {s} )>S(\mathrm {p} )>S(\mathrm {d} )>S(\mathrm {f} ).}$$

水素や、周期表の1A 族(価電子が 1 個だけの原子) のその他の原子では、電子にかかる力は原子核からの電磁気的引力とちょうど同じ大きさです。しかし、より多くの電子が関与する場合、各電子 ( n^番目の殻) は、正の原子核からの電磁気的引力だけでなく、 1 からnまでの殻にある他の電子からの反発力も受けます。このため、外殻の電子にかかる正味の力は大幅に小さくなります。したがって、これらの電子は原子核に近い電子ほど強く原子核に結合していません。この現象は、しばしば軌道浸透効果と呼ばれます。遮蔽理論は、価電子殻の電子が原子からより容易に除去される理由の説明にも貢献します。

さらに、同じ主エネルギーレベル内のサブレベル間でも遮蔽効果が発生します。s サブレベルの電子は、同じ主エネルギーレベルの p サブレベルの電子を遮蔽することができます。

遮蔽効果の大きさは量子力学の影響により正確に計算することが困難です。近似値として、各電子の有効核電荷を次のように推定することができます。

${\displaystyle Z_{\mathrm {eff} }=Z-\sigma \,}$

ここで、Zは原子核内の陽子の数、は原子核と問題の電子の間にある電子の平均数です。は、量子化学とシュレーディンガー方程式を使用するか、スレーターの経験式を使用して見つけることができます。 ${\displaystyle \sigma \,}$${\displaystyle \sigma \,}$

ラザフォード後方散乱分光法では、電子遮蔽による補正により、入射イオンと遠距離にある標的原子核との間のクーロン反発力が修正されます。これは、内側の電子が外側の電子に及ぼす反発効果です。

• 原子番号
• コアチャージ
• 有効核電荷
• 希ガス化合物
• 立体効果
• ランタニド収縮
• dブロック収縮（またはスキャンダイド収縮）

• L. ブラウン、セオドア; H. ユージン ルメイ ジュニア; ブルース E. バーステン; ジュリア R. バージ (2003)。『化学: 中心科学』(第 8 版)。米国: ピアソン エデュケーション。ISBN 0-13-061142-52011年7月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。
• Thomas, Dan (1997-10-09). 「H (Z=1) から Lw (Z=103) までの原子における電子の遮蔽」.グエルフ大学. 2018-07-12閲覧。
• ピーター・アトキンス & ロレッタ・ジョーンズ、化学原理：洞察の探求 [遮蔽効果の変動]