Como calcular a carga nuclear efetiva

Carga nuclear efetiva refere-se à carga sentida pelos elétrons mais externos (valência) de um átomo multieletrônico após o número de elétrons de proteção que circundam o núcleo ser levado para conta. A tendência na tabela periódica é aumentar ao longo de um período e diminuir um grupo.

A fórmula para calcular a carga nuclear efetiva para um único elétron é:

Z_ef *=* Z−S

• Z_ef é a carga nuclear efetiva, ou Z efetiva
• Z é o número de prótons no núcleo, o número atômico
• S é a quantidade média de densidade de elétrons entre o núcleo e o elétron

O cálculo da carga nuclear efetiva envolve a compreensão dos valores Z e S. Z é o número atômico e S requer o uso das Regras de Slater para determinar um valor de blindagem de nuvem de elétrons entre o núcleo e o elétron em consideração.

Problema de exemplo: Qual é a carga nuclear efetiva para o elétron de valência no sódio?

Z é o número de prótons no núcleo do átomo, e isso determina a carga positiva do núcleo. O número de prótons no núcleo de um átomo também é conhecido como número atômico.

Usando uma tabela periódica de elementos, localize o número atômico desejado. No exemplo acima, o sódio, símbolo Na, tem número atômico 11.

Escreva a configuração eletrônica do elemento na seguinte ordem e agrupamentos:

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

Lembre-se de que os números (1, 2, 3.. .) correspondem ao número quântico principal ou nível de camada de energia dos elétrons no átomo, e isso designa a que distância os elétrons estão do núcleo. As letras (s, p, d, f) correspondem à forma dada do orbital de um elétron. Por exemplo, "s" é uma forma orbital esférica e "p" se assemelha à figura 8.

Para o sódio, a configuração eletrônica é (1s²) (2s², 2p⁶) (3s¹).

No exemplo acima, o sódio tem 11 elétrons: dois elétrons no primeiro nível de energia (1), oito elétrons no segundo nível de energia (2) e um elétron no terceiro nível de energia. O elétron nos 3s¹ orbital é o foco do exemplo.

O valor S pode ser calculado usando as Regras de Slater, em homenagem ao cientista John C. Slater que os desenvolveu. Essas regras fornecem valores de proteção para cada elétron. Fazer não incluem um valor do elétron de interesse. Atribua os seguintes valores:

1. Quaisquer elétrons à direita do elétron de interesse não contêm valor de proteção.
2. Elétrons no mesmo grupo (como encontrado no agrupamento de configuração de elétrons na Etapa 2) que o elétron de interesse protege 0,35 unidades de carga nuclear.
3. Para elétrons s ou p: elétrons com um valor a menos do número quântico principal (nível de energia: 1, 2, 3.. .) são atribuídos a 0,85 unidades de carga nuclear. Os elétrons encontraram dois ou mais níveis de energia e reduzem o escudo em 1,00 unidade.
4. Para elétrons d ou f: todos os elétrons protegem 1,00 unidade.

Para o exemplo acima, as respostas para Na seriam:

1. 0; não há elétrons superiores (ou à direita na configuração eletrônica)
2. 0; não há outros elétrons no orbital 3s do Na.
3. 8,8; Requer dois cálculos: primeiro, há oito elétrons na camada de energia 2, dois na camada s e seis na camada p; 8 × 0,85 = 6,8. Além disso, desde o 1s² elétrons são dois níveis do elétron de interesse: 2 × 1.
4. 0; não há elétrons d ou f.

Adicione todas as cargas de blindagem calculadas usando as regras de Slater.

No problema de amostra, os valores de blindagem somam 8,8 (0 + 0 + 8,8 + 0).

Coloque os valores de Z e S na fórmula de carga nuclear efetiva:

Z_ef *=* Z−S

No exemplo acima para Na: 11 - 8,8 = 2,2

A carga nuclear efetiva dos 3s¹ elétron no átomo de sódio é 2,2. Observe que o valor é uma cobrança e não contém unidades.