Carga nuclear efectiva - Effective nuclear charge
La carga nuclear efectiva es la cantidad real de carga positiva (nuclear) 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 el orbital superior experimente la carga nuclear completa debido al efecto repelente de la capa interior. La carga nuclear efectiva experimentada por un electrón también se denomina carga del núcleo. Es posible determinar la fuerza de la carga nuclear por el 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:
1. Tamaño del átomo;
2. La carga nuclear;
3. El efecto de apantallamiento de las carcasas internas, y;
4. La medida en que el electrón más externo penetra en la nube de carga creada por el electrón interno.
En la tabla periódica, la carga nuclear efectiva aumenta tanto hacia abajo de un grupo como de izquierda a derecha a lo largo de un período.
Cálculos
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 atraídos simultáneamente por el núcleo positivo y repelidos por los electrones cargados negativamente. La carga nuclear efectiva de dicho electrón viene dada por la siguiente ecuación:
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:
dónde
- es el radio medio del orbital del hidrógeno , y
- es el radio medio de la orbital para una configuración de protones con carga nuclear Z .
Valores
Clementi et al. Proporcionaron valores actualizados de carga nuclear efectiva . en 1963 y 1967. 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.
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 .
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
- ^ 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 .
- ^ 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 .
- ^ https://wiki.ubc.ca/Effective_Nuclear_Charge_-_Definition_and_Trends#:~:text=Effective%20nuclear%20charge%20%E2%80%93%20the%20atively,all%20other%20periodic%20table%20tendencies .
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 .