در صورتی‌که ساختار اتمی را مشاهده کنید، پی خواهید برد که توزیع الکترون‌ها در لایه‌های مختلف در اتم متفاوت می‌باشد. به طور دقیق، برخی الکترون‌ها در مدارهای نزدیک به هسته اتم قرار دارند و برخی از آنها نیز دور از هسته در حرکت می‌باشند. بر اساس اصل آفبا، الکترون‌ها بر اساس افزایش انرژی در اتم مرتب شده‌اند که این امر بدین معنی است که الکترون‌هایی که به هسته نزدیک‌تر هستند، دارای جاذبه بیشتری نسبت به الکترون‌هایی که در مدارهای بیرونی قرار دارند، می‌باشند. بنابراین، اثر پوششی هنگامی‌که الکترون‌های بیرونی به واسطه جاذبه بالا اجازه نمی‌یابند که نیروی ناشی از بار هسته از طریق آنها عبور کند، ایجاد می‌گردد.
الکترون‌هایی که در لایه‌های خارجی یک اتم قرار دارند، هم بار مثبت ناشی از هسته و هم بار منفی الکترون‌های لایه‌های درونی را احساس می‌کنند. به علت وجود الکترون‌های لایه‌های درونی و دافعه‌ی آنها بار خالصی که الکترون‌های لایه‌های خارجی‌تر احساس می‌کنند، کمتر از بار واقعی هسته است. به اصطلاح می‌گوییم که الکترون‌های درونی جاذبه یا بار هسته را از الکترون‌های خارجی‌تر پوشش (حایل) می‌دهند و به این اثر، اثر حائل یا اثر پوششی می‌گویند.
اثر پوششی الکترون
تعریف
اثر پوششی می‌تواند به عنوان کاهش بار مؤثر هسته بر روی ابر الکترونی به واسطه تفاوت در نیروهای جاذبه الکترون‌ها بر روی هسته تعریف گردد.این مفهوم شیمی به عنوان اثر پوششی اتمی شناخته شده است. در صورتی‌که یک اتم حاوی تنها یک الکترون باشد، بار مطلق هسته را نشان می‌دهد. با این‌حال، در صورتی‌که اتم دارای چندین الکترون باشد، پس بر اساس ساختار الکترونی، الکترون‌هایی که در مدارهای نزدیک به هسته قرار دارند، بیشتر به سمت بار مثبت در هسته جذب می‌شوند. اما، الکترون‌هایی که در مدارهای بیرونی قرار دارند، اگرچه به سمت بار هسته جذب می‌شوند، اما به واسطه کاهش قابل ملاحظه بار مؤثر هسته یک اتم، توسط الکترون‌های با بار منفی در مدارهای میانی دفع می‌شوند. تعداد مدارهای اطراف یک الکترون به عنوان ابر الکترونی شناخته می‌شود. الکترون‌ها در داخلی‌ترین مدار حاوی حداکثر بار هستند و سپس در مدار بعدی، بار کمتر از داخلی‌ترین مدار می‌باشد. الکترون‌ها در بیرونی‌ترین مدار حاوی حداقل بار هسته هستند و به میزان کمتری توسط هسته نسبت به الکترون‌های موجود در داخلی‌ترین لایه جذب می‌شوند. این امر به این دلیل است که واکنش‌های شیمیایی هنگامی‌که اتم‌ها به بار هسته‌ی پایداری می‌رسند، به تعادل می‌رسند. مقدار کل بار هسته در یک اتم می‌تواند به صورت زیر محاسبه گردد:
ZEff = Z - S
که در آن Z برابر با تعداد پروتون‌ها، و S متوسط تعداد الکترون‌های بین هسته و بیرونی‌ترین مدار الکترون‌ها می‌باشد.
اثر پوششی صرفا مسئول کنترل اندازه یک اتم می‌باشد. همچنین، مقدار اثر پوششی اتم وابسته به تعداد الکترون‌ها در مدارهای داخلی می‌باشد. بنابراین، تعداد بالاتر الکترون‌های داخلی باعث قوی‌تر شدن اثر پوششی خواهد شد. بنابراین، ثابت اثر غربالگری این مقدار را تعریف می‌کند و با نماد σ نشان داده می‌شود. به منظور محاسبه این ثابت، باید از دو مفهوم زیر آگاهی داشته باشید.
اوربیتال‌های الکترونی
یک اتم اساساً حاوی سطوح فرعی می‌باشد که هر کدام از این سطوح شامل چندین اوربیتال مشخص می‌باشد. بنابراین، واضح است که هر سطح فرعی در یک ساختار الکترونی حاوی تعداد متفاوتی از اوربیتال‌ها و در نتیجه تعداد متفاوتی از الکترون‌ها می‌باشد. اساساً چهار سطح فرعی در یک اتم وجود دارد و الکترون‌های موجود در این سطوح حاوی ظرفیت‌های متفاوتی هستند که در زیر ذکر شده است.| سطح فرعی | تعداد مدارها | تعداد الکترون‌ها |
| s | 1 | 2 |
| p | 3 | 6 |
| d | 5 | 10 |
| f | 7 | 14 |
تعداد اوربیتال‌ها می‌تواند به منظور محاسبه سطح انرژی در یک اتم مورد استفاده قرار گیرد، این تعداد به صورت n2 نشان داده می‌شود که n سطح فرعی می‌باشد. در صورتی‌که p دارای سه سطح فرعی باشد، پس حاوی 9 الکترون می‌باشد. به این شیوه، تعداد کل الکترون‌ها در یک اتم می‌تواند به صورت 2n2 محاسبه گردد. بنابراین، در صورتی‌که سطح فرعی برابر 4 باشد، پس تعداد الکترون‌ها 32 می‌باشد.
قوانین اسلاتر
در سال 1930، جان اسلاتر روشی را به منظور محاسبه ثابت غربالگری / پوششی برای ارزیابی اثر پوششی ارائه داد. بر اساس ساختار الکترونی تعریف شده در بالا، ساختار الکترونی اتم به صورت زیر نوشته می‌شود:(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) و غیره. در این‌جا، الکترون‌ها در گروه‌های بالاتر به عنوان الکترون‌های لایه ظرفیت شناخته می‌شوند و از الکترون‌های موجود در اوربیتال‌های داخلی محافظت نمی‌کنند.
برای الکترون‌های لایه ظرفیت سطوح انرژی s و p مناسب است. ثابت غربالگری با توجه به اوربیتال‌های داخلی افزایش می‌یابد که این امر بدین معنی است که الکترون‌های بیرونی یک لایه مقدار ثابت غربالگری 35/0 را دارند، در حالی‌که الکترون‌های موجود در لایه‌های کوچک‌تر بعدی مقدار ثابت غربالگری 1 را دارا می‌باشند. به طور مشابه، الکترون‌ها در سطوح انرژی لایه‌های d و f دارای مقدار ثابت غربالگری 35/0 بوده و الکترون‌های اوربیتال‌های داخلی مقدار ثابت غربالگری 1 را دارا می‌باشند.
محاسبه ثابت اثر پوششی
این ثابت می‌تواند به صورت مجموع همه‌ی مقادیر در همه‌ی سطوح انرژی محاسبه گردد.S (σ) = 1.00 N2 + 0.85 N1 + 0.35 N0
که N0 = تعداد الکترون‌ها در لایه n
N1 = تعداد الکترون‌ها در لایه داخلی n-1
N2 = تعداد الکترون‌ها در لایه داخلی n-2
هنگامی‌که مقدار n > 1، در غیر این‌صورت، 35/0 = S
بنابراین، به این روش، بار مؤثر هسته می‌تواند به صورت Z – S محاسبه شود. این مفهوم بیشتر به درک تعادل بسیاری از معادلات شیمیایی پیچیده کمک می‌کند. همچنین، حل تمرینات مربوط به این مبحث ایده‌ی بسیار واضح‌تری را در باره موضوع پوشش اتمی ارائه می‌دهد.
منبع: Narayani Karthik - ScienceStruck
