Schirmwirkung

Schirmwirkung bezeichnet in der Physik den schirmenden Effekt, bei dem die umgebenden Ladungen die Felder oder Kräfte auf ein Teilchen abschwächen oder modulieren. In der Atomphysik bedeutet Schirmwirkung insbesondere, dass die inneren Elektronenschalen die äußeren Elektronen vor der vollen Kernladung abschirmen. Dadurch erfahren äußere Elektronen eine geringere effektive Kernladung Zeff als den tatsächlichen Kernladungsgrad Z. Zeff wird oft als Zeff ≈ Z − S beschrieben, wobei S der Abschirmungswert durch die inneren Elektronen ist. Methoden wie Slaters Regeln liefern einfache Schätzungen für S.

Auswirkungen der Schirmwirkung zeigen sich in vielen Periodentrends: Mit zunehmender Besetzung innerer Schalen wächst die Abschirmung, wodurch der Anstieg der Ionisierungsenergien verlangsamt wird und die Atomradien innerhalb einer Periode größer werden. Die Schirmwirkung beeinflusst außerdem Elektronegativität und Reaktivität chemischer Elemente.

In der Plasmaphysik und Festkörperphysik findet sich eine verwandte Vorstellung als Debye-Schirmung: frei bewegliche Ladungsträger ordnen sich so an, dass ein eingeführtes freies Ladungsteilchen nur über kurze Entfernungen hinweg eine signifikante elektrostatische Wirkung ausübt, die Potenzialdifferenz nimmt mit der Debye-Länge exponentiell ab. In der Strahlenschutzpraxis bezeichnet Schirmwirkung die Dämpfung oder Absorption von Strahlung durch Materie; Gewebe oder Materialien wie Blei erzeugen Abschirmungen, die die Dosis am Ziel reduzieren.

Die Schirmwirkung ist eine Näherung; exakte Beschreibungen erfordern Berücksichtigung von Elektronenwechselwirkungen und Korrelationen. Historisch entstand das Konzept im Zuge der Entwicklung der Quantenchemie und bleibt zentral für das Verständnis von Struktur und Reaktivität von Materie.