Carica nucleare efficace-Tendenze periodiche

Ottobre 5, 2020

Che cos’è la carica nucleare efficace?

La struttura di un atomo include un nucleo di protoni e neutroni circondati da una nuvola di elettroni. Questi elettroni sono tenuti come parte dell’atomo dalla loro attrazione per il nucleo caricato positivamente. Molte proprietà degli atomi dipendono da quanto fortemente i loro elettroni – in particolare gli elettroni esterni – sono attratti dal nucleo. Quando un atomo ha più di un elettrone, ogni elettrone è sia attratto al nucleo e respinto da altri elettroni., La carica nucleare efficace è quindi il campo elettrico netto che un particolare elettrone sperimenta.
Gli elettroni che sono più vicini al nucleo, che sono indicati come elettroni interni o core, annullano efficacemente parte dell’attrazione degli elettroni esterni o di valenza al nucleo. In effetti, schermano o schermano parzialmente gli elettroni di valenza dalla carica nucleare positiva. Pertanto, la carica nucleare effettiva è sempre inferiore alla carica nucleare positiva totale.

Come viene determinata la carica nucleare efficace?,

La carica nucleare effettiva, Zeff, è il numero di protoni in un nucleo, Z, meno la costante di screening, σ.
Zeff = Z – σ

La costante di screening è la porzione della carica nucleare che viene schermata dagli elettroni di valenza dagli elettroni del nucleo. Come una stima facile, σ è di solito vicino in valore al numero di elettroni core. Tuttavia, una migliore previsione della costante di screening può essere trovata usando le regole di Slater.

Regole di Slater

Esaminiamo un esempio di utilizzo delle Regole di Slater.,

Qual è la carica nucleare effettiva percepita da un elettrone 4p di bromo?
Prima scrivi la struttura elettronica nel formato della prima regola.
(1s)2 (2s, 2p)8 (3s, 3p)8 (3d)10 (4s, 4p)7
Quindi scrivere un’equazione per la costante di screening secondo la regola appropriata – 3 o 4.
Qui si applica la regola 3.
Ci sono altri 6 elettroni nello stesso gruppo ns, np.
Ci sono 18 elettroni nei gruppi n-1. (3s, 3p e 3d)
Ci sono 10 elettroni nei gruppi n-2 e inferiori. (1 s, 2 s e 2 p)
σ= 6(0.35)+18(0.85)+10(1.00)
σ= 27.,4
Quindi sottrarre la costante di screening da Z, il numero atomico dell’elemento.
Il numero atomico del bromo è 35.
35-27. 4=7.6=Zeff
Cosa succede se consideriamo la carica nucleare efficace di un orbitale più interno?
Qual è la carica nucleare effettiva percepita da un elettrone 3d di bromo?
Utilizzare la stessa struttura elettronica scritta prima.
(1s)2 (2s, 2p)8 (3s, 3p)8 (3d)10 (4s, 4p)7
Quindi scrivere un’equazione per la costante di screening secondo la regola appropriata – 3 o 4.
Qui si applica la regola 4.
Ci sono altri 9 elettroni nello stesso gruppo nd.,
Ci sono 18 elettroni a sinistra del gruppo 3d.
σ= 9(0.35)+18(1.00)
σ= 21.15
Quindi sottrarre la costante di screening da Z.
Il numero atomico del bromo è 35.
35-21. 15=13.85=Zeff

Che tipo di tendenze vediamo sulla tavola periodica per una carica nucleare efficace?

Generalmente, Zeff aumenta man mano che si attraversa un periodo da sinistra a destra (vedi grafico sotto) e rimane abbastanza costante mentre si sposta verso il basso di un gruppo.,

Per capire questa tendenza, è più facile tornare alla stima della costante di screening come semplicemente il numero di elettroni di nucleo in un atomo. Attraverso un periodo, il numero di elettroni core è costante. Rappresentiamo questo nelle nostre configurazioni di elettroni usando abbreviazioni di gas nobili. Quindi, il bromo – un elemento del Gruppo 17 nel Periodo 4 – e il potassio-un elemento del gruppo 1 nel Periodo 4-hanno entrambi 18 elettroni di nucleo. Ciò che sta cambiando è il numero atomico. Il bromo ha 35 protoni; il potassio ne ha 19., Pertanto, usando l’equazione per la carica nucleare efficace, Zeff = Z – σ, vediamo che il bromo ha una carica nucleare efficace maggiore del potassio e che questa tendenza è prevista per l’intera Tavola periodica.

Lima