Comment calculer la charge nucléaire effective

La charge nucléaire effective fait référence à la charge ressentie par les électrons les plus externes (valence) d'un atome multi-électrons après avoir pris en compte le nombre d'électrons de protection qui entourent le noyau Compte. La tendance sur le tableau périodique est d'augmenter sur une période et d'augmenter vers le bas d'un groupe.

La formule de calcul de la charge nucléaire effective pour un seul électron est :

Z_eff *=* Z−S

• Z_eff est la charge nucléaire effective, ou Z effective
• Z est le nombre de protons dans le noyau, le numéro atomique
• S est la quantité moyenne de densité électronique entre le noyau et l'électron

Le calcul de la charge nucléaire effective implique la compréhension des valeurs Z et S. Z est le numéro atomique et S nécessite l'utilisation des règles de Slater pour déterminer une valeur de protection du nuage d'électrons entre le noyau et l'électron considéré.

Exemple de problème: Quelle est la charge nucléaire effective de l'électron de valence dans le sodium ?

Z est le nombre de protons dans le noyau de l'atome, et cela détermine la charge positive du noyau. Le nombre de protons dans le noyau d'un atome est également appelé numéro atomique.

À l'aide d'un tableau périodique des éléments, localisez le numéro atomique souhaité. Dans l'exemple ci-dessus, le sodium, symbole Na, a le numéro atomique 11.

Écrivez la configuration électronique de l'élément dans l'ordre et les groupements suivants :

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

Rappelons que les nombres (1, 2, 3.. .) correspondent au nombre quantique principal ou au niveau de couche d'énergie des électrons dans l'atome, et cela désigne la distance entre les électrons et le noyau. Les lettres (s, p, d, f) correspondent à la forme donnée de l'orbitale d'un électron. Par exemple, « s » est une forme orbitale sphérique et « p » ressemble à un chiffre 8.

Pour le sodium, la configuration électronique est (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

Dans l'exemple ci-dessus, le sodium a 11 électrons: deux électrons dans le premier niveau d'énergie (1), huit électrons dans le deuxième niveau d'énergie (2) et un électron dans le troisième niveau d'énergie. L'électron dans les 3s¹ orbital est au centre de l'exemple.

La valeur S peut être calculée à l'aide des règles de Slater, du nom du scientifique John C. Slater qui les a développés. Ces règles donnent des valeurs de blindage à chaque électron. Fais ne pas inclure une valeur de l'électron d'intérêt. Attribuez les valeurs suivantes :

1. Tous les électrons à droite de l'électron d'intérêt ne contiennent aucune valeur de protection.
2. Les électrons du même groupe (tel que trouvé dans le groupement de configuration électronique à l'étape 2) que l'électron d'intérêt protègent 0,35 unité de charge nucléaire.
3. Pour les électrons s ou p: électrons avec une valeur de moins du nombre quantique principal (niveau d'énergie: 1, 2, 3.. .) se voient attribuer 0,85 unité de charge nucléaire. Les électrons ont trouvé deux ou plusieurs niveaux d'énergie inférieurs à 1,00 unité de bouclier.
4. Pour les électrons d ou f: tous les électrons protègent de 1,00 unité.

Pour l'exemple ci-dessus, les réponses pour Na seraient :

1. 0; il n'y a pas d'électrons plus haut (ou à droite dans la configuration électronique)
2. 0; il n'y a pas d'autres électrons dans l'orbitale 3s de Na.
3. 8,8; Nécessite deux calculs: d'abord, il y a huit électrons dans la couche de niveau d'énergie 2, deux dans la couche s et six dans la couche p; 8 × 0,85 = 6,8. De plus, depuis les 1² les électrons sont à deux niveaux de l'électron d'intérêt: 2 × 1.
4. 0; il n'y a pas d'électrons d ou f.

Ajoutez tous les frais de blindage calculés à l'aide des règles de Slater.

Dans l'exemple de problème, les valeurs de blindage totalisent 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Placez les valeurs de Z et S dans la formule de charge nucléaire effective :

Z_eff *=* Z−S

Dans l'exemple ci-dessus pour Na: 11 − 8,8 = 2,2

La charge nucléaire effective des 3¹ électron dans l'atome de sodium est de 2,2. Notez que la valeur est une charge et ne contient aucune unité.