Carga nuclear efetiva - Effective nuclear charge
A carga nuclear efetiva é a quantidade real de carga positiva (nuclear) experimentada por um elétron em um átomo polieletrônico. O termo "efetivo" é usado porque o efeito de blindagem dos elétrons carregados negativamente evita que orbitais superiores experimentem a carga nuclear total devido ao efeito repelente da camada interna. A carga nuclear efetiva experimentada por um elétron também é chamada de carga central. É possível determinar a força da carga nuclear pelo número de oxidação do átomo. A maioria das propriedades físicas e químicas dos elementos pode ser explicada com base na configuração eletrônica. Considere o comportamento das energias de ionização na tabela periódica. Sabe-se que a magnitude do potencial de ionização depende dos seguintes fatores:
1. Tamanho do átomo;
2. A carga nuclear;
3. O efeito de blindagem das conchas internas, e;
4. A extensão em que o elétron mais externo penetra na nuvem de carga criada pelo elétron interno.
Na tabela periódica, a carga nuclear efetiva aumenta ao longo de um grupo e da esquerda para a direita ao longo de um período.
Cálculos
Em um átomo com um elétron, esse elétron experimenta a carga total do núcleo positivo . Nesse caso, a carga nuclear efetiva pode ser calculada pela lei de Coulomb .
No entanto, em um átomo com muitos elétrons, os elétrons externos são simultaneamente atraídos para o núcleo positivo e repelidos pelos elétrons carregados negativamente. A carga nuclear efetiva em tal elétron é dada pela seguinte equação:
Onde
- Z é o número de prótons no núcleo ( número atômico ), e
- S é a constante de blindagem.
S pode ser encontrado pela aplicação sistemática de vários conjuntos de regras, o mais simples dos quais é conhecido como " regras de Slater " (em homenagem a John C. Slater ). Douglas Hartree definiu o Z efetivo de um orbital Hartree-Fock como sendo:
Onde
- é o raio médio do orbital para hidrogênio , e
- é o raio médio da orbital para uma configuração de próton com carga nuclear Z .
Valores
Valores de carga nuclear efetiva atualizados foram fornecidos por Clementi et al. em 1963 e 1967. Em seu trabalho, as constantes de triagem foram otimizadas para produzir valores de carga nuclear eficazes que concordam com os cálculos de SCF. Embora úteis como um modelo preditivo, as constantes de triagem resultantes contêm poucos insights químicos como um modelo qualitativo de estrutura atômica.
H | Ele | |||||||||||||||||
Z | 1 | 2 | ||||||||||||||||
1s | 1,000 | 1.688 | ||||||||||||||||
Li | Ser | B | C | N | O | F | Ne | |||||||||||
Z | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | ||||||||||
1s | 2.691 | 3.685 | 4.680 | 5,673 | 6,665 | 7,658 | 8,650 | 9,642 | ||||||||||
2s | 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 / D | Mg | Al | Si | P | S | Cl | Ar | |||||||||||
Z | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 17 | 18 | ||||||||||
1s | 10,626 | 11,609 | 12.591 | 13.575 | 14.558 | 15.541 | 16.524 | 17.508 | ||||||||||
2s | 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 | ||||||||||
3s | 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 | Ca | Sc | Ti | V | Cr | Mn | Fe | Co | Ni | Cu | Zn | Ga | Ge | Como | Se | Br | Kr | |
Z | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 28 | 29 | 30 | 31 | 32 | 33 | 34 | 35 | 36 |
1s | 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 |
2s | 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 |
3s | 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 | Nb | Mo | Tc | Ru | Rh | Pd | Ag | CD | No | Sn | Sb | Te | eu | Xe | |
Z | 37 | 38 | 39 | 40 | 41 | 42 | 43 | 44 | 45 | 46 | 47 | 48 | 49 | 50 | 51 | 52 | 53 | 54 |
1s | 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 |
2s | 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 |
3s | 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 |
5s | 4,985 | 6.071 | 6,256 | 6,446 | 5,921 | 6,106 | 7,227 | 6,485 | 6,640 | (vazio) | 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 |
Comparação com carga nuclear
Carga nuclear é a carga elétrica de um núcleo de um átomo, igual ao número de prótons no núcleo vezes a carga elementar . Em contraste, a carga nuclear efetiva é a carga positiva atrativa dos prótons nucleares agindo sobre os elétrons de valência, que é sempre menor que o número total de prótons presentes em um núcleo devido ao efeito de blindagem .
Veja também
- Orbitais atômicos
- Carga central
- contração do bloco d (ou contração escandida)
- Eletro-negatividade
- Contração de lantanídeos
- Efeito de blindagem
- Orbitais tipo Slater
- elétrons de valência
- Carga fraca
Referências
- ^ Clementi, E .; Raimondi, DL (1963). "Atomic Screening Constants from SCF Functions". J. Chem. Phys . 38 (11): 2686–2689. Bibcode : 1963JChPh..38.2686C . doi : 10.1063 / 1.1733573 .
- ^ Clementi, E .; Raimondi, DL; Reinhardt, WP (1967). "Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons". Journal of Chemical Physics . 47 : 1300-1307. Bibcode : 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%20attractive,all%20other%20periodic%20table%20tendencies .
Recursos
- Brown, Theodore; LeMay, HE; & Bursten, Bruce (2002). Química: The Central Science (8ª edição revisada). Upper Saddle River, New Jersey 07458: Prentice-Hall. ISBN 0-13-061142-5 .