Cómo calcular la carga nuclear efectiva

La carga nuclear efectiva se refiere a la carga que sienten los electrones más externos (valencia) de un átomo de varios electrones después de que el número de electrones de protección que rodean el núcleo se toma en cuenta. La tendencia en la tabla periódica es aumentar a lo largo de un período y aumentar hacia abajo en un grupo.

La fórmula para calcular la carga nuclear efectiva de un solo electrón es:

Z_ef *=* Z−S

• Z_ef es la carga nuclear efectiva, o Z efectiva
• Z es el número de protones en el núcleo, el número atómico
• S es la cantidad promedio de densidad electrónica entre el núcleo y el electrón

El cálculo de la carga nuclear efectiva implica comprender los valores Z y S. Z es un número atómico y S requiere el uso de las Reglas de Slater para determinar un valor de protección de la nube de electrones entre el núcleo y el electrón en consideración.

Problema de ejemplo: ¿Cuál es la carga nuclear efectiva para el electrón de valencia en sodio?

Z es el número de protones en el núcleo del átomo y esto determina la carga positiva del núcleo. El número de protones en el núcleo de un átomo también se conoce como número atómico.

Usando una tabla periódica de elementos, localice el número atómico deseado. En el ejemplo anterior, el sodio, símbolo Na, tiene un número atómico 11.

Escriba la configuración electrónica del elemento en el siguiente orden y agrupaciones:

(1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f).. .

Recuerda que los números (1, 2, 3.. .) corresponden al número cuántico principal o nivel de capa de energía de los electrones en el átomo, y esto indica qué tan lejos están los electrones del núcleo. Las letras (s, p, d, f) corresponden a la forma dada del orbital de un electrón. Por ejemplo, "s" es una forma orbital esférica y "p" se asemeja a la figura de un 8.

Para el sodio, la configuración electrónica es (1s²) (2 s², 2p⁶) (3 s¹).

En el ejemplo anterior, el sodio tiene 11 electrones: dos electrones en el primer nivel de energía (1), ocho electrones en el segundo nivel de energía (2) y un electrón en el tercer nivel de energía. El electrón en los 3¹ orbital es el foco del ejemplo.

El valor S se puede calcular usando las Reglas de Slater, nombradas en honor al científico John C. Slater quien los desarrolló. Estas reglas dan valores de blindaje a cada electrón. Hacer no incluir un valor del electrón de interés. Asigne los siguientes valores:

1. Cualquier electrón a la derecha del electrón de interés no contiene ningún valor de protección.
2. Los electrones en el mismo grupo (como se encuentra en el grupo de configuración de electrones en el Paso 2) que el electrón de interés protege 0.35 unidades de carga nuclear.
3. Para electrones so p: electrones con un valor menos del número cuántico principal (nivel de energía: 1, 2, 3.. .) se les asignan 0,85 unidades de carga nuclear. Los electrones encontraron dos o más niveles de energía de escudo inferior a 1,00 unidad.
4. Para electrones dof: todos los electrones protegen 1,00 unidad.

Para el ejemplo anterior, las respuestas para Na serían:

1. 0; no hay electrones más altos (o a la derecha en la configuración electrónica)
2. 0; no hay otros electrones en el orbital 3s del Na.
3. 8,8; Requiere dos cálculos: primero, hay ocho electrones en la capa de nivel de energía 2, dos en la capa s y seis en la p; 8 × 0,85 = 6,8 Además, desde los 1² los electrones están a dos niveles del electrón de interés: 2 × 1.
4. 0; no hay electrones d o f.

Suma todas las cargas de blindaje calculadas con las reglas de Slater.

En el problema de muestra, los valores de blindaje suman 8.8 (0 + 0 + 8.8 + 0).

Coloque los valores de Z y S en la fórmula de carga nuclear efectiva:

Z_ef *=* Z−S

En el ejemplo anterior para Na: 11 - 8.8 = 2.2

La carga nuclear efectiva de los 3¹ electrón en el átomo de sodio es 2.2. Tenga en cuenta que el valor es un cargo y no contiene unidades.