Di Rosann Kozlowski
6 giugno 2023 23:44 EST

AndreaObzerova/iStock/GettyImages

La carica nucleare effettiva è la carica positiva netta sperimentata dagli elettroni di valenza di un atomo multielettronico dopo aver tenuto conto dell'effetto schermante degli elettroni interni. Nel corso di un periodo la tariffa aumenta, mentre scendendo di un gruppo generalmente diminuisce.

Formula efficace per la carica nucleare

Per un singolo elettrone la relazione è espressa come:

\(Z_{eff} =Z – S\)

• Z – il numero atomico (protoni totali nel nucleo)
• S – la costante di schermatura, che rappresenta la densità elettronica media che riduce l'attrazione nucleare
• Z_eff – la carica nucleare effettiva avvertita dall'elettrone

Calcolo della carica nucleare effettiva

Determinazione di Z e S richiede una chiara comprensione della configurazione elettronica e l’applicazione delle Regole di Slater per quantificare la schermatura. Di seguito è riportata una procedura pratica passo dopo passo.

Passaggio 1:identifica il numero atomico (Z)

Individua l'elemento su una tavola periodica per ottenere il suo numero atomico. Ad esempio, il sodio (Na) ha un numero atomico 11.

Passaggio 2:scrivere la configurazione elettronica

Esprimere la configurazione utilizzando la sequenza di raggruppamento standard:\\((1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f) …\\

Per il sodio:

\(\text{Na:} (1s^2)(2s^2,2p^6)(3s^1)\)

Qui l'apice indica il numero di elettroni in ciascun sottolivello. L'elettrone di valenza di interesse è il singolo elettrone 3s.

Passaggio 3:assegna i valori di schermatura utilizzando le regole di Slater

• Gli elettroni a destra dell'elettrone di interesse contribuiscono con 0 alla schermatura.
• Gli elettroni nello stesso gruppo (stesso numero quantico principale e stesso tipo di subshell) contribuiscono con 0,35 ciascuno.
• Per gli elettroni s o p di interesse:
• Gli elettroni uno strato sotto contribuiscono con 0,85 ciascuno.
• Electrons two or more shells below contribute 1.00 each.
• Per gli elettroni d o f di interesse, tutti gli altri elettroni contribuiscono con 1,00 ciascuno.

Applicandolo all'elettrone 3s del sodio:

• Lato destro:0
• Stesso gruppo (nessuno):0
• Guscio 2 (8 elettroni):8 × 0,85 =6,80
• Guscio 1 (2 elettroni):2 × 1,00 =2,00
• Shell 3 (nessuno):0

Somma delle costanti di schermatura:8,80 .

Passaggio 4:calcola Z_eff

Inserisci i valori nella formula:

\(Z_{eff} =11 – 8,80 =2,20\)

Pertanto, la carica nucleare effettiva che agisce sull’elettrone di valenza del sodio è 2,20. Questo valore può essere utilizzato per prevedere le energie di ionizzazione, i raggi atomici e altre proprietà elettroniche.

Applicazione del metodo ad altri elementi

La stessa procedura funziona per cationi, anioni e qualsiasi elemento di cui si conosce la configurazione elettronica. La registrazione accurata del numero di protoni ed elettroni garantisce una stima affidabile della carica nucleare effettiva.