Come calcolare la carica nucleare effettiva

La carica nucleare effettiva si riferisce alla carica percepita dagli elettroni più esterni (di valenza) di a atomo multielettronico dopo che è stato preso in considerazione il numero di elettroni schermanti che circondano il nucleo account. La tendenza sulla tavola periodica è aumentare attraverso un periodo e aumentare verso il basso un gruppo.

La formula per calcolare la carica nucleare effettiva per un singolo elettrone è:

Z_eff *=* Z−S

• Z_eff è la carica nucleare effettiva, o Z efficace
• Z è il numero di protoni nel nucleo, il numero atomico
• S è la quantità media di densità elettronica tra il nucleo e l'elettrone

Il calcolo della carica nucleare effettiva implica la comprensione dei valori Z e S. Z è il numero atomico e S richiede l'uso delle regole di Slater per determinare un valore di schermatura della nuvola di elettroni tra il nucleo e l'elettrone in esame.

Esempio di problema: Qual è la carica nucleare effettiva per l'elettrone di valenza nel sodio?

Z è il numero di protoni nel nucleo dell'atomo, e questo determina la carica positiva del nucleo. Il numero di protoni nel nucleo di un atomo è anche noto come numero atomico.

Utilizzando una tavola periodica degli elementi, individuare il numero atomico desiderato. Nell'esempio sopra, il sodio, simbolo Na, ha numero atomico 11.

Scrivi la configurazione elettronica dell'elemento nel seguente ordine e raggruppamenti:

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

Ricordiamo che i numeri (1, 2, 3.. .) corrispondono al numero quantico principale o livello del guscio di energia degli elettroni nell'atomo, e questo indica la distanza degli elettroni dal nucleo. Le lettere (s, p, d, f) corrispondono alla forma data dell'orbitale di un elettrone. Ad esempio, "s" è una forma orbitale sferica e "p" assomiglia a una figura 8.

Per il sodio, la configurazione elettronica è (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

Nell'esempio sopra, il sodio ha 11 elettroni: due elettroni nel primo livello energetico (1), otto elettroni nel secondo livello energetico (2) e un elettrone nel terzo livello energetico. L'elettrone in 3s¹ orbitale è il focus dell'esempio.

Il valore S può essere calcolato utilizzando le regole di Slater, dal nome dello scienziato John C. Slater che li ha sviluppati. Queste regole danno valori di schermatura a ciascun elettrone. Fare non includere un valore dell'elettrone di interesse. Assegna i seguenti valori:

1. Eventuali elettroni a destra dell'elettrone di interesse non contengono alcun valore di schermatura.
2. Gli elettroni nello stesso gruppo (come si trova nel raggruppamento della configurazione elettronica nel passaggio 2) come l'elettrone di interesse schermano 0,35 unità di carica nucleare.
3. Per s o p elettroni: elettroni con un valore in meno del numero quantico principale (livello energetico: 1, 2, 3.. .) sono assegnate 0,85 unità di carica nucleare. Gli elettroni hanno trovato due o più livelli di energia inferiori allo scudo di 1,00 unità.
4. Per gli elettroni d o f: tutti gli elettroni schermano 1,00 unità.

Per l'esempio sopra, le risposte per Na sarebbero:

1. 0; non ci sono elettroni più in alto (o a destra nella configurazione elettronica)
2. 0; non ci sono altri elettroni nell'orbitale 3s di Na.
3. 8.8; Richiede due calcoli: primo, ci sono otto elettroni nel livello energetico 2, due nel livello s e sei nel livello p; 8 × 0,85 = 6,8. Inoltre, dal 1s² gli elettroni sono a due livelli dall'elettrone di interesse: 2 × 1.
4. 0; non ci sono elettroni d o f.

Aggiungi tutte le spese di schermatura calcolate utilizzando le regole di Slater.

Nel problema di esempio, i valori di schermatura si sommano a 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Inserisci i valori di Z e S nella formula della carica nucleare effettiva:

Z_eff *=* Z−S

Nell'esempio sopra per Na: 11 − 8.8 = 2.2

La carica nucleare effettiva dei 3s¹ l'elettrone nell'atomo di sodio è 2,2. Nota che il valore è un addebito e non contiene unità.