A carga nuclear efetiva é um conceito fundamental na química e na física, que permite determinar a atração que o núcleo exerce sobre os elétrons de um átomo. É uma medida importante para entender as propriedades físicas e químicas dos elementos e compostos. O cálculo da carga nuclear efetiva envolve vários fatores, como o número de prótons no núcleo, o número de elétrons na camada de valência e o efeito de blindagem dos elétrons internos.
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O que é a carga nuclear efetiva?
A carga nuclear efetiva é um conceito importante na química e na física que se refere à carga líquida sentida por um elétron em um átomo, levando em consideração a carga nuclear positiva e o efeito de blindagem dos elétrons externos.
A carga nuclear efetiva é influenciada por vários fatores, incluindo o número de prótons no núcleo do átomo, a distância entre o núcleo e o elétron em questão, e o número de elétrons na camada externa do átomo.
Quando um elétron é atraído para o núcleo de um átomo, ele experimenta uma força elétrica atrativa devido à carga positiva do núcleo. No entanto, a presença de outros elétrons na camada externa do átomo cria uma força de repulsão que diminui a atração do elétron pelo núcleo. Isso ocorre porque os elétrons externos estão distribuídos em torno do núcleo e, como resultado, criam um escudo "blindagem" que protege o elétron em questão da atração total do núcleo.
O que é blindagem em química?
São os elétrons internos que protegem o elétron de energia mais alta, diminuindo a força atrativa entre o elétron da camada de valência e o núcleo do átomo. À medida que os elétrons giram em torno dos núcleos em orbitais, eles se repelem, pois todos os elétrons são carregados negativamente e as cargas iguais se repelem.
Essa força de repulsão anula parte da atração nuclear e é chamada de “blindagem”. E quanto maior o número de elétrons internos, menor será a atração entre o núcleo e os elétrons dos orbitais externos.
As regras de Slater fornecem um método para contabilizar essa blindagem e calcular a carga nuclear efetiva (Zef).
Para que serve regras de Slater?
As regras de Slater são uma técnica útil para calcular a carga nuclear efetiva (Zeff) sentida pelos elétrons nos orbitais externos de um átomo. A carga nuclear efetiva é a carga que os elétrons externos sentem após a blindagem dos elétrons nos orbitais internos ser considerada. Ela é importante porque afeta as propriedades e o comportamento químico dos átomos, tais como a afinidade eletrônica, energia de ionização, tamanho atômico e muitas outras.
As regras de Slater consideram que a contribuição de cada elétron interno para a blindagem dos elétrons externos é proporcional à sua distância média do núcleo e sua carga efetiva. A carga efetiva de um elétron é a carga nuclear total (número atômico) menos as cargas de blindagem dos elétrons internos que estão mais próximos do núcleo. Depois de calcular a carga efetiva de cada elétron interno, a soma das cargas efetivas é subtraída da carga nuclear total para obter a carga nuclear efetiva.
A carga nuclear efetiva pode ser calculada pela fórmula:
Zef = Z – S
Onde,
Z eff : Carga nuclear efetiva
Z: número atômico
S: Constante de blindagem
Quais são as regras de Slater para calcular a carga nuclear efetiva?
Passo 1: Escrevemos a configuração eletrônica do átomo em ordem de agrupamento:
(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) (5s 5p) (5d) (5f), etc.
Passo 2: Identifique o elétron de interesse. Pode ser um elétron interno ou externo.
Etapa 3: As Regras de Slater agora são divididas em dois casos:
Blindagem para os elétrons do subníveis s ou p:
Elétrons dentro do mesmo grupo blindam 0,35, exceto o 1s que blindam 0,30;
Elétrons dentro do grupo (subníveis s ou p) n-1 blindam 0,85;
Elétrons dentro do grupo n-2 ou grupos inferiores blindam 1,00.
Blindagem para os elétrons do subníveis d ou f:
Elétrons dentro do mesmo grupo blindam 0,35;
Elétrons dentro dos grupos inferiores blindam 1,00.
Exemplo 1:
Calcule a carga nuclear efetiva do cloro (Z = 17), cuja configuração eletrônica é 1s2 2s2 2p6 3s2 3p5.
Resolução:
Etapa 1 : Organize a configuração eletrônica de acordo com os seguintes subníveis.
(1s 2 ) (2s 2 , 2p 6 ) (3s 2 , 3p 5 )
Passo 2 : Identifique o elétron de interesse. Pode ser um elétron interno ou externo.
Vamos escolher um elétron 3p do cloro.
Etapa 3 : Encontre a blindagem pelos elétrons em diferentes subcamadas
6 elétrons estão no grupo n = 3: 6 x 0,35 = 2,1
8 elétrons estão no grupo n = 2: 8 x 0,85 = 6,8
2 elétrons estão no grupo n = 1: 2 x 1,00 = 2
Portanto, a constante de blindagem é dada por,
S = 2,1 + 6,8 + 2 = 10,9
Assim, a carga nuclear efetiva por um elétron 3p do cloro é,
Z ef = 17 – 10,9 = 6,1
Exemplo 2:
Determine a carga nuclear efetiva de F – (Z = 9).
Resolução:
Passo 1: O flúor (F–) tem 10 elétrons, dos quais 2 são internos e 8 são externos. Sua configuração eletrônica será:
(1s 2 ) (2s2 , 2p6 )
Passo 2: O elétron de interesse é um elétron de valência n = 2.
Passo 3: A constante de blindagem é calculada da seguinte forma.
7 elétrons no mesmo grupo n = 2: 7 x 0,35 = 2,45
2 elétrons no grupo n = 1: 2 x 0,85 = 1,7
Portanto, S = 2,45 + 1,7 = 4,15
Portanto, Z eff = 9 – 4,15 = 4,85
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Química Geral