Carga nuclear efectiva

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Carga nuclear efectiva

  1. 1.  Es la carga positiva neta experimentada por un electrón en un átomo polielectrónico. El término "efectiva" se usa porque el efecto pantalla de los electrones más cercanos al núcleo evita que los electrones en orbitales superiores experimenten la carga nuclear completa. Es posible determinar la fuerza de la carga nuclear observando el número de oxidación del átomo. En un átomo con un electrón, el electrón experimenta toda la carga del núcleo positivo. En este caso, la carga nuclear efectiva puede ser calculada usando la ley de Coulomb
  2. 2.  Sin embargo, en un átomo con muchos electrones, los electrones externos son, simultáneamente, atraídos al núcleo debido a su carga positiva, y repelidos por los electrones cargados negativamente. La carga nuclear efectiva en un electrón de este tipo de átomo está dada por la siguiente ecuación: Zeff = Z − S donde Z es el número atómico, y define tanto el número de protones en el núcleo como el total de electrones de un átomo. S es la constante de pantalla, depende del número de electrones entre el núcleo y el electrón considerado, y también en qué tipo de orbital se encuentran los electrones que restan carga nuclear. No contribuyen los electrones exteriores al nivel energético considerado, pero sí el resto de los vecinos del mismo nivel.
  3. 3.  Los electrones que se encuentran más cercanos al núcleo ejercen un efecto de apantallamiento de la carga positiva del núcleo; por esta causa, los electrones más externos son atraídos por el núcleo con una fuerza menor, la carga neta que afecta a un electrón se denomina carga nuclear efectiva o Z el. DADO QUE LA ESTABILIDAD DE UN ELECTRON ESTA DETERMINADA POR LA FUERZA DE ATRACCION DEL NUCLEO, SE INFIERE QUE UN ELECTRON 2S TENDRA MENOR ENERGIA QUE UN ELECTRON 2P. DICHO DE OTRO MODO, PARA QUITAR UN ELECTRON 2P SE NECESITA MEOR ENERGIA QUE PARA UN ELECTRON 2S POR QUE EL ELECTRON 2P NO ES ATRAIDO CON TANTA FUERZA POR EL NUCLEO. EL ATOMO DE HIDROGENO SOLO TIENE UN ELECTRON, POR LO QUE NO PRESENTA DICHO EFECTO DE PANTALLA.
  4. 4.  La carga nuclear efectiva puede calcularse según las reglas de Slater, quien las formuló en 1930: Los electrones ubicados en un orbital de mayor nivel contribuyen en 0 (para la sumatoria que da como resultado la constante de apantallamiento s) Cada electrón en el mismo nivel contribuye en 0,35.(excepto si el nivel es 1s, que resta 0,30). Electrones en el nivel inmediato inferior, si están en orbitales s o p contribuyen en 0,85, si son de orbitales d o f contribuyen en 1,0 cada uno. Electrones por debajo del nivel inmediato inferior, contribuyen en 1,0 cada uno. Entonces, para calcular la carga nuclear efectiva, primero, situamos los electrones del átomo en sus orbitales atómicos: 1s, 2s,2p, 3s,3p,3d,4s,4p, 4d, 4f, etc.
  5. 5.  Luego, para el cálculo de la carga nuclear efectiva sobre un electrón determinado, debemos calcular s y para ello tomamos en consideración los electrones que se encuentran en niveles de energía inferiores o iguales, que son los que causan apantallamiento del mismo, como indica la tabla de arriba, según las reglas de Slater. Entonces, por ejemplo para calcular la carga nuclear efectiva sobre un electrón 4s del átomo de Zinc (número atómico 30), primero debemos ubicar los electrones en los orbitales atómicos correspondientes: 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d10 4s2
  6. 6.  Luego calcular el valor que cada electrón del mismo nivel y de niveles inferiores va a restar a la carga nuclear total, esto es, según la tabla de arriba: 1 electrón en el nivel 4s..…………………..resta 0,35 8 electrones en el nivel 3 s y 3 p ………..restan 0,85 cada uno 10 electrones en el nivel 3d..……………..restan 1,0 cada uno 8 electrones en el nivel 2 s y 2 p.…………restan 1,0 cada uno. 2 electrones en el nivel 1s…………………..restan 1,0 cada uno. Entonces calculamos s : s= (1 . 0,35) + (20 . 1) + (8 . 0,85)=27,15
  7. 7.  La carga nuclear efectiva para un electrón del orbital 4s de Zinc sería Z ef= 30 – 27,15= 2,85 Este cálculo se sencillo, aunque no es exacto, dado que Slater consideró los electrones de orbitales s y p con el mismo valor, lo que no es exactamente así.

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