Por Rosann Kozlowski
6 de junio de 2023 11:44 p. m. EST

AndreaObzerova/iStock/GettyImages

La carga nuclear efectiva es la carga positiva neta que experimentan los electrones de valencia de un átomo multielectrónico después de tener en cuenta el efecto de protección de los electrones internos. A lo largo de un período, la carga aumenta, mientras que en un grupo generalmente disminuye.

Fórmula de carga nuclear efectiva

Para un solo electrón la relación se expresa como:

\(Z_{eff} =Z – S\)

• Z – el número atómico (protones totales en el núcleo)
• S – la constante de blindaje, que representa la densidad electrónica promedio que reduce la atracción nuclear
• Z_ef – la carga nuclear efectiva que siente el electrón

Cálculo de la carga nuclear efectiva

Determinando Z y S Requiere una comprensión clara de la configuración electrónica y la aplicación de las reglas de Slater para cuantificar el blindaje. A continuación se muestra un procedimiento práctico paso a paso.

Paso 1:Identificar el número atómico (Z)

Ubica el elemento en una tabla periódica para obtener su número atómico. Por ejemplo, el sodio (Na) tiene un número atómico de 11.

Paso 2:escribir la configuración electrónica

Exprese la configuración usando la secuencia de agrupación estándar:\\((1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f) …\\

Para sodio:

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

Aquí el superíndice indica el número de electrones en cada subcapa. El electrón de valencia de interés es el electrón 3s único.

Paso 3:Asigne valores de blindaje utilizando las reglas de Slater

• Los electrones a la derecha del electrón de interés contribuyen con 0 al blindaje.
• Los electrones del mismo grupo (mismo número cuántico principal y tipo de subcapa) contribuyen con 0,35 cada uno.
• Para electrones s o p de interés:
• Los electrones de una capa inferior contribuyen con 0,85 cada uno.
• Los electrones de dos o más capas inferiores contribuyen con 1,00 cada uno.
• Para los electrones d o f de interés, todos los demás electrones contribuyen con 1,00 cada uno.

Aplicando esto al electrón 3s del sodio:

• Lado derecho:0
• Mismo grupo (ninguno):0
• Capa 2 (8 electrones):8 × 0,85 =6,80
• Capa 1 (2 electrones):2 × 1,00 =2,00
• Shell 3 (ninguno):0

Suma de constantes de blindaje:8,80 .

Paso 4:Calcular Z_eff

Inserta los valores en la fórmula:

\(Z_{eff} =11 – 8,80 =2,20\)

Por tanto, la carga nuclear efectiva que actúa sobre el electrón de valencia del sodio es 2,20. Este valor se puede utilizar para predecir energías de ionización, radios atómicos y otras propiedades electrónicas.

Aplicar el método a otros elementos

El mismo procedimiento funciona para cationes, aniones y cualquier elemento cuya configuración electrónica se conozca. El registro preciso del número de protones y electrones garantiza una estimación fiable de la carga nuclear efectiva.