Carga nuclear efectiva

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Diagrama de carga nuclear efectiva

La carga nuclear efectiva (a menudo simbolizada como o ) es la carga positiva neta experimentada por un electrón en un átomo polielectrónico . El término "eficaz" se utiliza porque el efecto de protección de los electrones cargados negativamente evita que los electrones orbitales superiores experimenten la carga nuclear completa del núcleo debido al efecto repelente de los electrones de la capa interna . La carga nuclear efectiva experimentada por el electrón también se denomina carga del núcleo . Es posible determinar la fuerza de la carga nuclear por el${\displaystyle Z_{\mathrm {eff} }}$${\displaystyle Z^{\ast }}$número de oxidación del átomo. La mayoría de las propiedades físicas y químicas de los elementos se pueden explicar sobre la base de la configuración electrónica. Considere el comportamiento de las energías de ionización en la tabla periódica. Se sabe que la magnitud del potencial de ionización depende de los siguientes factores:

(a) Tamaño del átomo;

(b) La carga nuclear;

(c) El efecto de apantallamiento de los caparazones internos, y;

(d) La medida en que el electrón más externo penetra en la nube de carga creada por el electrón interno.

Cálculos

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En un átomo con un electrón, ese electrón experimenta la carga completa del núcleo positivo . En este caso, la carga nuclear efectiva se puede calcular mediante la ley de Coulomb .

Sin embargo, en un átomo con muchos electrones, los electrones externos son simultáneamente atraídos por el núcleo positivo y repelidos por los electrones cargados negativamente. La carga nuclear efectiva de dicho electrón viene dada por la siguiente ecuación:

${\displaystyle Z_{\mathrm {eff} }=Z-S}$

dónde

Z es el número de protones en el núcleo ( número atómico ) y

S es la constante de apantallamiento.

S se puede encontrar mediante la aplicación sistemática de varios conjuntos de reglas, el más simple de los cuales se conoce como " reglas de Slater " (el nombre de John C. Slater ). Douglas Hartree definió la Z efectiva de un orbital Hartree-Fock como:

${\displaystyle Z_{\mathrm {eff} }={\frac {\langle r\rangle _{\rm {H}}}{\langle r\rangle _{Z}}}}$

dónde

${\displaystyle \langle r\rangle _{\rm {H}}}$es el radio medio del orbital del hidrógeno , y

${\displaystyle \langle r\rangle _{Z}}$es el radio medio de la orbital para una configuración de protones con carga nuclear Z .

Valores

Los valores actualizados de carga nuclear efectiva fueron proporcionados por Clementi et al. en 1963 y 1967. ^{[1] [2]} En su trabajo, las constantes de cribado se optimizaron para producir valores de carga nuclear efectivos que concuerden con los cálculos de SCF. Aunque útiles como modelo predictivo, las constantes de cribado resultantes contienen poca información química como modelo cualitativo de estructura atómica.

Cargas nucleares efectivas

	H																	Él
Z	1																	2
1 s	1.000																	1,688
	Li	Ser											B	C	norte	O	F	Nordeste
Z	3	4											5	6	7	8	9	10
1 s	2.691	3.685											4.680	5.673	6.665	7.658	8.650	9.642
2 s	1.279	1.912											2.576	3.217	3.847	4.492	5.128	5.758
2p													2.421	3.136	3.834	4.453	5.100	5.758
	N / A	Mg											Alabama	Si	PAG	S	Cl	Arkansas
Z	11	12											13	14	15	dieciséis	17	18
1 s	10.626	11.609											12.591	13.575	14.558	15.541	16.524	17.508
2 s	6.571	7.392											8.214	9.020	9.825	10.629	11.430	12.230
2p	6.802	7.826											8.963	9,945	10.961	11.977	12.993	14.008
3 s	2.507	3.308											4.117	4.903	5.642	6.367	7.068	7.757
3p													4.066	4.285	4.886	5.482	6.116	6.764
	K	California	Carolina del Sur	Ti	V	Cr	Minnesota	Fe	Co	Ni	Cu	Zn	Georgia	Ge	Como	Se	Br	Kr
Z	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30	31	32	33	34	35	36
1 s	18.490	19.473	20.457	21.441	22.426	23.414	24.396	25.381	26.367	27.353	28.339	29.325	30.309	31.294	32.278	33.262	34.247	35.232
2 s	13.006	13.776	14.574	15.377	16.181	16.984	17.794	18.599	19.405	20.213	21.020	21.828	22.599	23.365	24.127	24.888	25.643	26.398
2p	15.027	16.041	17.055	18.065	19.073	20.075	21.084	22.089	23.092	24.095	25.097	26.098	27.091	28.082	29.074	30.065	31.056	32.047
3 s	8.680	9.602	10.340	11.033	11.709	12.368	13.018	13.676	14.322	14.961	15.594	16.219	16.996	17.790	18.596	19.403	20.219	21.033
3p	7.726	8.658	9.406	10.104	10.785	11.466	12.109	12.778	13.435	14.085	14.731	15.369	16.204	17.014	17.850	18.705	19.571	20.434
4s	3.495	4.398	4.632	4.817	4.981	5.133	5.283	5.434	5.576	5.711	5.842	5.965	7.067	8.044	8,944	9.758	10.553	11.316
3d			7.120	8.141	8.983	9.757	10.528	11.180	11.855	12.530	13.201	13.878	15.093	16.251	17.378	18.477	19.559	20.626
4p													6.222	6.780	7.449	8.287	9.028	9.338
	Rb	Sr	Y	Zr	Nótese bien	Mes	Tc	Ru	Rh	Pd	Ag	CD	En	Sn	Sb	Te	I	Xe
Z	37	38	39	40	41	42	43	44	45	46	47	48	49	50	51	52	53	54
1 s	36.208	37.191	38.176	39.159	40.142	41.126	42.109	43.092	44.076	45.059	46.042	47.026	48.010	48,992	49,974	50,957	51,939	52.922
2 s	27.157	27.902	28.622	29.374	30.125	30.877	31.628	32.380	33.155	33.883	34.634	35.386	36.124	36.859	37.595	38.331	39.067	39.803
2p	33.039	34.030	35.003	35.993	36.982	37.972	38.941	39.951	40.940	41.930	42.919	43.909	44.898	45.885	46.873	47.860	48.847	49.835
3 s	21.843	22.664	23.552	24.362	25.172	25.982	26.792	27.601	28.439	29.221	30.031	30.841	31.631	32.420	33.209	33,998	34.787	35.576
3p	21.303	22.168	23.093	23.846	24.616	25.474	26.384	27.221	28.154	29.020	29.809	30.692	31.521	32.353	33.184	34.009	34.841	35.668
4s	12.388	13.444	14.264	14.902	15.283	16.096	17.198	17.656	18.582	18.986	19.865	20.869	21.761	22.658	23.544	24.408	25.297	26.173
3d	21.679	22.726	25.397	25.567	26.247	27.228	28.353	29.359	30.405	31.451	32.540	33.607	34.678	35.742	36.800	37.839	38.901	39.947
4p	10.881	11.932	12.746	13.460	14.084	14.977	15.811	16.435	17.140	17.723	18.562	19.411	20.369	21.265	22.181	23.122	24.030	24.957
5 s	4.985	6.071	6.256	6.446	5.921	6.106	7.227	6.485	6.640	(vacío)	6.756	8.192	9.512	10.629	11.617	12.538	13.404	14.218
4d			15.958	13.072	11.238	11.392	12.882	12.813	13.442	13.618	14.763	15.877	16.942	17.970	18.974	19.960	20.934	21.893
5p													8.470	9.102	9,995	10.809	11.612	12.425

Comparación con carga nuclear

La carga nuclear es la carga eléctrica de un núcleo de un átomo, igual al número de protones en el núcleo multiplicado por la carga elemental . Por el contrario, la carga nuclear efectiva es la carga positiva atractiva de los protones nucleares que actúan sobre los electrones de valencia, que siempre es menor que el número total de protones presentes en un núcleo debido al efecto de blindaje . ^[3]

Ver también

• Orbitales atómicos
• Depósito
• contracción del bloque d (o contracción escandida)
• Electronegatividad
• Contracción de lantánidos
• Efecto de blindaje
• Orbitales de tipo pizarrón
• electrones de valencia
• Carga débil

Referencias

1. Clementi, E .; Raimondi, DL (1963). "Constantes de cribado atómico de funciones SCF". J. Chem. Phys . 38 (11): 2686–2689. Código Bibliográfico : 1963JChPh..38.2686C . doi : 10.1063 / 1.1733573 .
2. Clementi, E .; Raimondi, DL; Reinhardt, WP (1967). "Constantes de cribado atómico de funciones SCF. II. Átomos con 37 a 86 electrones". Revista de Física Química . 47 : 1300-1307. Código bibliográfico : 1967JChPh..47.1300C . doi : 10.1063 / 1.1712084 .
3. https: wiki .

Recursos

• Brown, Theodore; LeMay, ÉL; Y Bursten, Bruce (2002). Química: La ciencia central (octava edición revisada). Upper Saddle River, Nueva Jersey 07458: Prentice-Hall. ISBN 0-13-061142-5 .