钻穿效应zuanchuan xiaoying

多电子原子电子间的能量效应。由氢原子电子云几率径向分布函数图可知，多电子原子中每个电子既有屏蔽其他电子的作用，又有被其他电子屏蔽和回避其他电子屏蔽的作用。外层电子穿过内电子层钻入原子核附近，使屏蔽效应减弱，有效核电荷增加的作用称为钻穿作用。由于电子的钻穿作用而使它的能量发生变化的现象，称为钻穿效应。钻穿效应的实质是电子云几率径向分布不同而引起的能量效应。它和屏蔽效应都是影响原子轨道能量的重要因素，它们是相互不同而又有联系的概念。一个原子轨道上的电子钻穿效应的大小，实际卜就是回避其他电子屏蔽多少的标度。当主量子数n一定时，角量子数l越小的轨道，电子云钻到核附近的机会越多，越易避开其他电子的屏蔽作用，轨道的能量就越低。图1是主量子数为4的各原子轨道电子云几率径向分布函数图，它的特点是有 (n-l)个峰。ns轨道总比np轨道多一个离核最近峰，在离核较近的区域里出现的机会较多。同样，np比nd,nd又比nf多一个离核较近的峰。在多电子原子中原子实有许多电子云，外层电子ns,np,nd,nf不同轨道电子云钻进原子实接近原子核的程度是不同的。ns轨道钻得最深，几率径向分布函数图离核最近处有小峰，np次之，nd又次之，nf更次之。钻得越深的轨道平均受核吸引力越强，能量越低。

图1 4s,4p,4d,4f电子云几率径向分布函数图

E_nsnpndnf，就是电子云几率径向分布不同，钻穿效应大小不同的结果。n相同时，钻穿效应随l数值增大而减弱，轨道能量随l数值增大而增大，发生能级分裂。图2是3d和4s电子云几率径向分布函数图和电子云分布图。由图2可见，4s虽然最大峰比3d离核远得多，但它有小峰钻到离核很近处，能更好地回避其他电子的屏蔽，能量比3d还低，发生能级交错现象，这是电子云钻穿效应增大使轨道能量降低的作用超过了主量子数n增大使轨道能量升高作用的结果。钻穿效应是从某电子回避其他电子屏蔽能力的侧面来描述多电子原子中电子间相互作用对轨道能级的影响，对原子轨道能量相对高低、元素的性质起着重要作用。

图2 (1) 3d,4s的几率径向分布函数图 (2) 电子云分布图

钻穿效应

又称“穿透效应”。在多电子原子中，在核附近出现几率较大的电子，可以较好地避免其他电子的屏蔽作用，受到核电荷的吸引作用较大，因而能量较低的现象。与屏蔽效应相关，共同决定了电子的能级顺序。