原子結(jié)構(gòu)中屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)的擬人化表述

許進(jìn) 潘露 劉心怡 張傳磊

摘 要：無(wú)機(jī)化學(xué)教材中對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)的講解是以原子結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)的，而屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)則是此部分的難點(diǎn)。本文通過(guò)對(duì)多電子原子核外電子進(jìn)行擬人化，將屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)形象而合理地表述出來(lái)，以期起到良好的課堂效果。

關(guān)鍵詞：原子結(jié)構(gòu);屏蔽效應(yīng);鉆穿效應(yīng);擬人化

屏蔽效應(yīng)反映的是多電子原子核外的其它電子對(duì)所討論電子的排斥作用，這一作用會(huì)抵消一部分核電荷對(duì)所討論電子的吸引，從而使得所討論電子的能量升高。從該角度看，被討論電子處于被動(dòng)的受其它電子屏蔽的地位。鉆穿效應(yīng)反映的是所討論電子本身鉆穿到核附近運(yùn)動(dòng)的能力，是一種反屏蔽作用，結(jié)果會(huì)使所討論電子的能量降低。而從該角度看，被討論電子處于主動(dòng)的、克服其它電子對(duì)其屏蔽的地位。如此，屏蔽效應(yīng)和鉆穿效應(yīng)可以看作是兩個(gè)相互聯(lián)系而又相互對(duì)立的能量效應(yīng)，直接影響著原子軌道的能量。

這一部分知識(shí)內(nèi)容精煉，卻比較抽象，難以理解。如果通過(guò)某種形象化的方式進(jìn)行表述，或許能收到意想不到的課堂效果。其中，擬人化的表現(xiàn)手法往往可以讓學(xué)生聯(lián)系到已有的日常經(jīng)驗(yàn)，將抽象的化學(xué)概念映射到具體概念，從而幫助學(xué)生加深對(duì)此類(lèi)抽象概念的理解[1-3]。我們從生活實(shí)際出發(fā)，給出了屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)的以下兩種擬人化表述。

1. 屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)的擬人化表述之一

將原子看作一個(gè)公司，原子核是公司的總經(jīng)理，核外的電子就是公司里不同職位的員工。其中，第一層電子為副總經(jīng)理（n = 1， l = 0），第二層為部門(mén)經(jīng)理（n = 2， l = 0或1），第三層為各部門(mén)的普通員工（n = 3， l = 0， 1或2）。假設(shè)所討論的電子為第二層的市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)部經(jīng)理小外（n = 2， l = 1），其營(yíng)銷(xiāo)能力較差，而同一級(jí)其他部門(mén)經(jīng)理的業(yè)務(wù)水平相對(duì)較強(qiáng)（n = 2， l = 0），總經(jīng)理更欣賞業(yè)務(wù)能力強(qiáng)的人。

因公司發(fā)展的需要，總經(jīng)理準(zhǔn)備在公司里增加一名副總經(jīng)理（n = 1），那么機(jī)會(huì)將首先落在第二層中業(yè)務(wù)能力強(qiáng)的部門(mén)經(jīng)理頭上（n = 2， l = 0），然后才會(huì)輪到小外（n = 2， l = 1），最后才是小外的下屬（n = 3），這就是屏蔽效應(yīng)。不幸的是，小外因經(jīng)常跑市場(chǎng)而見(jiàn)不到總經(jīng)理，其下屬是一個(gè)年輕漂亮且心機(jī)極深的女人（n = 3， l = 0），經(jīng)常能以端茶倒水、揉肩捶背等理由接近總經(jīng)理，那么下屬升遷的機(jī)會(huì)就比小外大，這就是鉆穿效應(yīng)。

通過(guò)此例不難看出，解釋屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)的成功之處在于將原子核、核外不同層電子、同層電子均進(jìn)行了鮮明區(qū)分，這一區(qū)分原則是嚴(yán)格按照解析薛定諤方程時(shí)得到的四個(gè)基本量子數(shù)（n， l， m， ms）。處于原子核地位之下的諸多電子，由于電子等級(jí)（n）和電子行為（l）的不同，將導(dǎo)致原子核對(duì)電子產(chǎn)生不同的效應(yīng)。

根據(jù)這一規(guī)則，下面將繼續(xù)闡述屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)的另一擬人化表述。

2. 屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)的擬人化表述之二

將原子看作一個(gè)家庭，沒(méi)了老伴的張爺爺就是原子核，他年事已高打算立一份遺囑。兒孫們就好像原子核周?chē)碾娮?，第一層（n =1， l = 0）為兩個(gè)兒子，第二層為兩個(gè)孫子（n = 2， l = 0）和六個(gè)外孫（n = 2， l = 1）。其中，大兒子和張爺爺朝夕相處，張爺爺決定把分一大筆財(cái)產(chǎn)給大兒子（n =1， l = 0），兒子的存在（n = 1）減少了孫子和外孫（n =2）的財(cái)產(chǎn)所得，這就是屏蔽效應(yīng)。大孫子十分孝順，常常探望張爺爺，深得張爺爺疼愛(ài)，而小兒子整日游手好閑，竟惹老爺子生氣。張爺爺決定分配更多的財(cái)產(chǎn)給大孫子（n = 2， l = 0），小兒子只分得很少財(cái)產(chǎn)（n =1， l = 0），這就是鉆穿效應(yīng)。

關(guān)于屏蔽效應(yīng)與鉆穿效應(yīng)的擬人化表述還有很多。將生動(dòng)有趣的例子融入專(zhuān)業(yè)術(shù)語(yǔ)解釋能起到化難為易的效果，便于同學(xué)們理解及記憶。擬人修辭手法的合理運(yùn)用在無(wú)機(jī)化學(xué)教學(xué)中有著獨(dú)特的魅力，能給課堂教學(xué)帶來(lái)意想不到的效果，除了能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣外，更能提高學(xué)生的創(chuàng)造性思維和發(fā)散性思維，促進(jìn)學(xué)生思維方式的轉(zhuǎn)變。

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作者簡(jiǎn)介： 張傳磊（1986.8），男，安徽六安人，副教授，主要研究方向?yàn)榛谂湮绘I的智能材料。

基金項(xiàng)目： 2019年度安徽省省級(jí)質(zhì)量工程項(xiàng)目 （2019jyxm0291）;安徽省大規(guī)模在線開(kāi)放課程（MOOC）示范項(xiàng)目（2020mooc288）