原子結構中屏蔽效應與鉆穿效應的擬人化表述

許進 潘露 劉心怡 張傳磊

摘 要：無機化學教材中對物質結構的講解是以原子結構為基礎的，而屏蔽效應和鉆穿效應則是此部分的難點。本文通過對多電子原子核外電子進行擬人化，將屏蔽效應與鉆穿效應形象而合理地表述出來，以期起到良好的課堂效果。

關鍵詞：原子結構;屏蔽效應;鉆穿效應;擬人化

屏蔽效應反映的是多電子原子核外的其它電子對所討論電子的排斥作用，這一作用會抵消一部分核電荷對所討論電子的吸引，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的受其它電子屏蔽的地位。鉆穿效應反映的是所討論電子本身鉆穿到核附近運動的能力，是一種反屏蔽作用，結果會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的、克服其它電子對其屏蔽的地位。如此，屏蔽效應和鉆穿效應可以看作是兩個相互聯系而又相互對立的能量效應，直接影響著原子軌道的能量。

這一部分知識內容精煉，卻比較抽象，難以理解。如果通過某種形象化的方式進行表述，或許能收到意想不到的課堂效果。其中，擬人化的表現手法往往可以讓學生聯系到已有的日常經驗，將抽象的化學概念映射到具體概念，從而幫助學生加深對此類抽象概念的理解[1-3]。我們從生活實際出發，給出了屏蔽效應與鉆穿效應的以下兩種擬人化表述。

1. 屏蔽效應與鉆穿效應的擬人化表述之一

將原子看作一個公司，原子核是公司的總經理，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理（n = 1， l = 0），第二層為部門經理（n = 2， l = 0或1），第三層為各部門的普通員工（n = 3， l = 0， 1或2）。假設所討論的電子為第二層的市場營銷部經理小外（n = 2， l = 1），其營銷能力較差，而同一級其他部門經理的業務水平相對較強（n = 2， l = 0），總經理更欣賞業務能力強的人。

因公司發展的需要，總經理準備在公司里增加一名副總經理（n = 1），那么機會將首先落在第二層中業務能力強的部門經理頭上（n = 2， l = 0），然后才會輪到小外（n = 2， l = 1），最后才是小外的下屬（n = 3），這就是屏蔽效應。不幸的是，小外因經常跑市場而見不到總經理，其下屬是一個年輕漂亮且心機極深的女人（n = 3， l = 0），經常能以端茶倒水、揉肩捶背等理由接近總經理，那么下屬升遷的機會就比小外大，這就是鉆穿效應。

通過此例不難看出，解釋屏蔽效應與鉆穿效應的成功之處在于將原子核、核外不同層電子、同層電子均進行了鮮明區分，這一區分原則是嚴格按照解析薛定諤方程時得到的四個基本量子數（n， l， m， ms）。處于原子核地位之下的諸多電子，由于電子等級（n）和電子行為（l）的不同，將導致原子核對電子產生不同的效應。

根據這一規則，下面將繼續闡述屏蔽效應與鉆穿效應的另一擬人化表述。

2. 屏蔽效應與鉆穿效應的擬人化表述之二

將原子看作一個家庭，沒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圍的電子，第一層（n =1， l = 0）為兩個兒子，第二層為兩個孫子（n = 2， l = 0）和六個外孫（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產給大兒子（n =1， l = 0），兒子的存在（n = 1）減少了孫子和外孫（n =2）的財產所得，這就是屏蔽效應。大孫子十分孝順，常常探望張爺爺，深得張爺爺疼愛，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產給大孫子（n = 2， l = 0），小兒子只分得很少財產（n =1， l = 0），這就是鉆穿效應。

關于屏蔽效應與鉆穿效應的擬人化表述還有很多。將生動有趣的例子融入專業術語解釋能起到化難為易的效果，便于同學們理解及記憶。擬人修辭手法的合理運用在無機化學教學中有著獨特的魅力，能給課堂教學帶來意想不到的效果，除了能增強學生的學習興趣外，更能提高學生的創造性思維和發散性思維，促進學生思維方式的轉變。

參考文獻

[1] 陳霞， 蔡亞萍. 基于概念隱喻理論的化學教學擬人化設計[J]. 化學教與學， 2015（6）： 11-12.

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

[3] 吳良根. “擬人化”：一種化解難點的有效策略——以《分子》一課的教學為例[J]. 教育研究與評論：中學教育教學， 2015（6）： 66-70.

作者簡介： 張傳磊（1986.8），男，安徽六安人，副教授，主要研究方向為基于配位鍵的智能材料。

基金項目： 2019年度安徽省省級質量工程項目 （2019jyxm0291）;安徽省大規模在線開放課程（MOOC）示范項目（2020mooc288）