¿Qué es la carga nuclear efectiva y de qué depende?

La carga nuclear efectiva es la carga positiva neta experimentada por un electrón en un átomo polielectrónico. El término "efectiva" se usa porque el efecto pantalla de los electrones más cercanos al núcleo evita que los electrones en orbitales superiores experimenten la carga nuclear completa.

La carga nuclear efectiva se define como Q = Z –P, donde Z es el número atómico y P es el efecto de apantallamiento debido a que los electrones internos disminuyen la atracción del núcleo sobre los electrones externos.

A.

En la tabla periódica, la carga nuclear efectiva aumenta de izquierda a derecha en los periodos (elementos que se encuentran ordenados en las filas horizontales) y disminuye de arriba hacia abajo en las familias o grupos (grupos de elementos que se encuentran en una misma línea vertical).

Al aumentar el número atómico de los elementos de un mismo período, se incrementa la atracción nuclear sobre el electrón más externo, ya que disminuye el radio atómico y aumenta la carga nuclear efectiva sobre él.

El concepto de carga nuclear efectiva permite entender los efectos de protección en las propiedades periódicas. Para los elementos representativos, la carga nuclear efectiva aumenta de izquierda a derecha a lo largo de un período y de abajo hacia arriba en un grupo.

La carga nuclear efectiva es la carga positiva neta experimentada por un electrón en un átomo polielectrónico. El término "efectiva" se usa porque el efecto pantalla de los electrones más cercanos al núcleo evita que los electrones en orbitales superiores experimenten la carga nuclear completa.

Carga nuclear efectiva (Z*)

Si no existiera el efecto de apantallamiento, esta fuerza sería la que ejercen todos los protones del núcleo sobre el electrón. Por ejemplo en el H que solo tiene un electrón no hay apantallamiento y la fuerza sobre el electrón es la que se corresponde a un protón.

Respuesta: La carga nuclear efectiva sobre el electrón más externo es la misma en el boro y el aluminio, y es mayor en el oxígeno. Ya sabemos que algunas propiedades físicas y químicas se repiten con cierta regularidad a lo largo de los grupos y los períodos.

La carga nuclear efectiva aumenta de izquierda a derecha a lo largo de un periodo y es constante a lo largo de un grupo.

Ejemplo. Un ejemplo, proporcionado por el artículo original de Slater, es para el átomo de hierro, que tiene una carga nuclear 26 (Z=26) y una configuración electrónica: 1s²2s²2p⁶3s²3p⁶4s²3d.

Esto se debe a que a los elementos que se encuentran a la derecha de la tabla periódica tienen un mayor número de electrones en la capa de valencia, por lo que para completarla tienden a atraer otros electrones.

Los orbitales 3s son mas penetrantes que los 3p y estos mas que los 3d.

En un mismo grupo, el radio atómico aumenta de arriba abajo con la cantidad de niveles de energía. Al ser mayor el nivel de energía, el radio atómico es mayor.

 La carga nuclear efectiva puede calcularse según las reglas de Slater, quien las formuló en 1930:  Los electrones ubicados en un orbital de mayor nivel contribuyen en 0 (para la sumatoria que da como resultado la constante de apantallamiento s)  Cada electrón en el mismo nivel contribuye en 0,35.

Apantallamiento. El efecto pantalla o apantallamiento, , consiste en la atenuación de la fuerza de atracción del núcleo sobre un electrón, debido a la repulsión de otros electrones. Cuanto más alejado esté un electrón del núcleo, más apantallado estará.

Los iones son átomos o grupos de átomos que tienen una carga eléctrica. Los iones con una carga positiva se denominan cationes. Los que tienen carga negativa se denominan aniones. En el cuerpo existen muchas sustancias normales en forma de iones.

A.

En la tabla periódica, la carga nuclear efectiva aumenta de izquierda a derecha en los periodos (elementos que se encuentran ordenados en las filas horizontales) y disminuye de arriba hacia abajo en las familias o grupos (grupos de elementos que se encuentran en una misma línea vertical).

La idea de la carga nuclear efectiva es muy útil para entender cómo se modifican a lo largo de la T.P. los alcances de los orbitales atómicos, las variaciones de las energías de ionización , afinidades electrónicas y la electronegatividad, en general, para entender las propiedades periódicas.

Recordemos que en un átomo, el núcleo contiene los protones (carga positiva) y en la periferia del mismo se encuentran los electrones que son la carga negativa.

Para el cloro, Z es 17 (porque el cloro es el elemento número 17 en la tabla periódica) y S es 0,85 (según la información proporcionada en la pregunta). Por lo tanto, la carga nuclear efectiva del cloro, suponiendo que la constante de apantallamiento es 0,85, es 16,15.

El flúor tiene una carga nuclear efectiva de +7 mientras que el yodo tiene una carga nuclear efectiva de +7.6…

La electronegatividad de un átomo determinado está afectada fundamentalmente por dos magnitudes: su número atómico y la distancia promedio de los electrones de valencia con respecto al núcleo atómico. Esta propiedad se ha podido correlacionar con otras propiedades atómicas y moleculares.

El número de electrones de la capa externa de un átomo particular determina su reactividad o tendencia a formar enlaces químicos con otros átomos. A esta capa externa se le conoce como capa de valencia y a los electrones que se encuentran dentro de ella se les llama electrones de valencia.

Los elementos en cada grupo tienen el mismo número de electrones de valencia. Como resultado, los elementos en el mismo grupo frecuentemente muestran propiedades y reactividad semejantes.

El elemento de mayor energía de ionización es el Helio, y el de menor el Cesio.

Tienen un mayor número de electrones, por lo que el apantallamiento sufrido por los electrones de valencia es mayor, disminuyendo por tanto la carga nuclear efectiva que experimentan y provocando que tengan un mayor radio atómico que sus elementos neutros de referencia.