原子结构中屏蔽效应与钻穿效应的拟人化表述

许进 潘露 刘心怡 张传磊

摘 要：无机化学教材中对物质结构的讲解是以原子结构为基础的，而屏蔽效应和钻穿效应则是此部分的难点。本文通过对多电子原子核外电子进行拟人化，将屏蔽效应与钻穿效应形象而合理地表述出来，以期起到良好的课堂效果。

关键词：原子结构;屏蔽效应;钻穿效应;拟人化

屏蔽效应反映的是多电子原子核外的其它电子对所讨论电子的排斥作用，这一作用会抵消一部分核电荷对所讨论电子的吸引，从而使得所讨论电子的能量升高。从该角度看，被讨论电子处于被动的受其它电子屏蔽的地位。钻穿效应反映的是所讨论电子本身钻穿到核附近运动的能力，是一种反屏蔽作用，结果会使所讨论电子的能量降低。而从该角度看，被讨论电子处于主动的、克服其它电子对其屏蔽的地位。如此，屏蔽效应和钻穿效应可以看作是两个相互联系而又相互对立的能量效应，直接影响着原子轨道的能量。

这一部分知识内容精炼，却比较抽象，难以理解。如果通过某种形象化的方式进行表述，或许能收到意想不到的课堂效果。其中，拟人化的表现手法往往可以让学生联系到已有的日常经验，将抽象的化学概念映射到具体概念，从而帮助学生加深对此类抽象概念的理解[1-3]。我们从生活实际出发，给出了屏蔽效应与钻穿效应的以下两种拟人化表述。

1. 屏蔽效应与钻穿效应的拟人化表述之一

将原子看作一个公司，原子核是公司的总经理，核外的电子就是公司里不同职位的员工。其中，第一层电子为副总经理（n = 1， l = 0），第二层为部门经理（n = 2， l = 0或1），第三层为各部门的普通员工（n = 3， l = 0， 1或2）。假设所讨论的电子为第二层的市场营销部经理小外（n = 2， l = 1），其营销能力较差，而同一级其他部门经理的业务水平相对较强（n = 2， l = 0），总经理更欣赏业务能力强的人。

因公司发展的需要，总经理准备在公司里增加一名副總经理（n = 1），那么机会将首先落在第二层中业务能力强的部门经理头上（n = 2， l = 0），然后才会轮到小外（n = 2， l = 1），最后才是小外的下属（n = 3），这就是屏蔽效应。不幸的是，小外因经常跑市场而见不到总经理，其下属是一个年轻漂亮且心机极深的女人（n = 3， l = 0），经常能以端茶倒水、揉肩捶背等理由接近总经理，那么下属升迁的机会就比小外大，这就是钻穿效应。

通过此例不难看出，解释屏蔽效应与钻穿效应的成功之处在于将原子核、核外不同层电子、同层电子均进行了鲜明区分，这一区分原则是严格按照解析薛定谔方程时得到的四个基本量子数（n， l， m， ms）。处于原子核地位之下的诸多电子，由于电子等级（n）和电子行为（l）的不同，将导致原子核对电子产生不同的效应。

根据这一规则，下面将继续阐述屏蔽效应与钻穿效应的另一拟人化表述。

2. 屏蔽效应与钻穿效应的拟人化表述之二

将原子看作一个家庭，没了老伴的张爷爷就是原子核，他年事已高打算立一份遗嘱。儿孙们就好像原子核周围的电子，第一层（n =1， l = 0）为两个儿子，第二层为两个孙子（n = 2， l = 0）和六个外孙（n = 2， l = 1）。其中，大儿子和张爷爷朝夕相处，张爷爷决定把分一大笔财产给大儿子（n =1， l = 0），儿子的存在（n = 1）减少了孙子和外孙（n =2）的财产所得，这就是屏蔽效应。大孙子十分孝顺，常常探望张爷爷，深得张爷爷疼爱，而小儿子整日游手好闲，竟惹老爷子生气。张爷爷决定分配更多的财产给大孙子（n = 2， l = 0），小儿子只分得很少财产（n =1， l = 0），这就是钻穿效应。

关于屏蔽效应与钻穿效应的拟人化表述还有很多。将生动有趣的例子融入专业术语解释能起到化难为易的效果，便于同学们理解及记忆。拟人修辞手法的合理运用在无机化学教学中有着独特的魅力，能给课堂教学带来意想不到的效果，除了能增强学生的学习兴趣外，更能提高学生的创造性思维和发散性思维，促进学生思维方式的转变。

参考文献

[1] 陈霞， 蔡亚萍. 基于概念隐喻理论的化学教学拟人化设计[J]. 化学教与学， 2015（6）： 11-12.

[2] 蔡恬菲， 朱一帆. 碘小姐的旅行[J]. 大学化学， 2018， 33（7）： 40-42.

[3] 吴良根. “拟人化”：一种化解难点的有效策略——以《分子》一课的教学为例[J]. 教育研究与评论：中学教育教学， 2015（6）： 66-70.

作者简介： 张传磊（1986.8），男，安徽六安人，副教授，主要研究方向为基于配位键的智能材料。

基金项目： 2019年度安徽省省级质量工程项目 （2019jyxm0291）;安徽省大规模在线开放课程（MOOC）示范项目（2020mooc288）