有効核電荷とは？
有効核電荷（Zeff）とは、多電子原子の中で、ある特定の電子が実際に感じている正味の正電荷のことです。原子核は原子番号Zに等しい全電荷を帯びていますが、内側にある電子が外側の電子を部分的に「遮蔽（しゃへい）」し、原子核からの引力をやわらげます。この計算ツールでは、シンプルな関係式 \(Z_{\text{eff}} = Z - S\) を使ってZeffを求めます。ここでSは遮蔽定数（スクリーニング定数）です。
使い方
元素の原子番号Z（例：ナトリウムなら11）と、対象とする電子の遮蔽定数Sを入力してください。Sはスレーター則（Slaterの規則）で見積もられることがよくあります。入力するとすぐに、その電子が感じる有効電荷Zeffが表示されます。Zeffが大きいほど電子は強く引きつけられており、これは原子半径が小さく、イオン化エネルギーが高いことと対応します。
計算式の解説
基本となる式は $$Z_{\text{eff}} = Z - S$$ です。Zは陽子の数に等しい整数です。Sは他の電子からの反発を表し、内殻電子は強く遮蔽し、同じ殻にある電子は部分的に遮蔽し、外側の殻にある電子はほとんど寄与しません。スレーター則はSの値を体系的に与えてくれるため、Zeffの精度は、どの遮蔽の見積もりを使うかによって決まります。
計算例
ナトリウム（Z = 11）の3s価電子を考えてみましょう。スレーター則を使うと、遮蔽定数はおよそ \(S = 8.8\) となります。すると $$Z_{\text{eff}} = 11 - 8.8 = 2.2$$ です。つまり、ナトリウムの価電子が感じる有効電荷は約+2.2であり、原子核本来の電荷+11よりもはるかに小さいことがわかります。
よくある質問
なぜZ_effはZより小さくなるのですか？ 内側の電子が、原子核と外側の電子との引力を部分的にさえぎるため、その電子が実際に感じる電荷が小さくなるからです。
遮蔽定数Sはどこで手に入りますか？ 最も一般的なのはスレーター則です。対象の電子の殻・副殻と他の電子との関係に基づいて、遮蔽の寄与を割り当てます。
Z_effがマイナスになることはありますか？ 実際にはありません。現実の電子では、SがZを超えることはないため、Zeffは常に正の値になります。ただし、おおざっぱな見積もりでは、ごくまれに小さな値が出ることもあります。
