Cómo calcular la carga nuclear efectiva

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La carga nuclear efectiva se refiere a la carga percibida por los electrones más alejados (valencia) de un átomo de múltiples electrones después de tomar en cuenta el número de electrones de apantallamiento que rodean el núcleo. La fórmula para calcular la carga nuclear efectiva para un solo electrón es "Z * = Z - S", en la que Z * es la carga nuclear efectiva, Z es el número de protones en el núcleo, y S es la cantidad promedio de la densidad de electrones entre el núcleo y el electrón para el que estás resolviendo.

A modo de ejemplo, puedes utilizar esta fórmula para determinar la carga nuclear efectiva para un electrón del litio, en concreto el electrón "2s".

Determina el valor de Z. Z es el número de protones en el núcleo del átomo, que determina la carga positiva del núcleo. El número de protones en el núcleo de un átomo se conoce también como el número atómico, que se puede encontrar en la tabla periódica de los elementos. En el ejemplo, el valor de Z para el litio es 3.

Encuentra el valor de S utilizando las Reglas de Slater, que proporcionan valores numéricos para el concepto de carga nuclear efectiva. Esto se puede lograr al escribir la configuración electrónica del elemento en el siguiente orden y agrupaciones: (1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f), etc. Los números en esta configuración se corresponden con el nivel de orbital de los electrones en el átomo (la distancia a la que están los electrones del núcleo) y las letras corresponden a la forma dada de la órbita de un electrón. En términos simples, "s" es una forma orbital esférico, "p" se asemeja a una figura de 8 con dos lóbulos, "d" se asemeja a una figura de 8 con una rosquilla en torno al centro, y "f" se parece a dos figuras de 8 que bisecan una a la otra .

En el ejemplo, el litio tiene tres electrones y la configuración electrónica es la siguiente: (1s) 2, (2s) 1, lo que significa que hay dos electrones en el primer nivel del orbital, ambos con formas esféricas orbitales y un electrón (el foco de este ejemplo) en el nivel del segundo orbital, también con forma esférica.

Asigna un valor a los electrones de acuerdo a su nivel de orbital y la forma del orbital. Los electrones en una órbita "s" o "p" en el mismo orbital al igual que el electrón para el cual estás resolviendo, contribuyen 0,35 electrones en un orbital "s" o "p" en el nivel de energía más bajo un orbital contribuye 0,85 y los electrones en un orbital "s" o "p" en orbitales dos niveles de energía y contribuyen un inferior 1. Los electrones en un orbital "d" o "f" en el mismo orbital igual que el electrón para el que estás calculando contribuyen 0,35 y los electrones en un orbital "d" o "f" en todos los niveles de energía más bajos contribuyen con 1. Los electrones en los orbitales más altos que el electrón para el que estás resolviendo no contribuyen con el apantallamiento.

En el ejemplo, hay dos electrones en el orbital que es un nivel de energía más bajo que el orbital del electrón para el que estás resolviendo y ambos tienen orbitales "s". De acuerdo con las Reglas de Slater, estos dos electrones cada uno contribuye con 0,85. No incluyas el valor para el electrón para el que estás resolviendo.

Calcula el valor de S al sumar los dos números juntos a los que asignaste a cada electrón usando las Reglas de Slater.

Para nuestro ejemplo, S es igual a 1,7 (la suma de los valores de los dos electrones que estamos contando).

Resta S de Z para encontrar la carga nuclear efectiva, Z*.

En el ejemplo utilizando un átomo de litio, Z es igual a 3 (el número atómico del litio) y S es igual a 1,7. Al cambiar las variables en la fórmula para corregir los valores para el ejemplo, esto es Z = 3 - 1,7. El valor de Z (por tanto la carga nuclear efectiva para el electrón 2s en un átomo de lito) es 1,3.