A carga nuclear efetiva é um conceito fundamental em química e física que descreve a força atrativa entre o núcleo de um átomo e seus elétrons. É importante para entender a estabilidade dos átomos e a sua capacidade de formar ligações químicas. Neste contexto, a carga nuclear efetiva é calculada levando em consideração a carga nuclear positiva do núcleo e a repulsão entre os elétrons.
Existem diferentes métodos para calcular a carga nuclear efetiva, sendo um dos mais comuns o uso da Equação de Slater, que leva em consideração a contribuição de cada elétron para a repulsão entre eles. Outro método comum é o Modelo de Orbital Atômico, que considera a distribuição de elétrons nos diferentes subníveis de energia.
Alguns exemplos práticos de cálculo da carga nuclear efetiva incluem a determinação da carga efetiva em átomos com configurações eletrônicas complexas, bem como a comparação da carga nuclear efetiva em diferentes elementos da tabela periódica. A compreensão da carga nuclear efetiva é essencial para predizer propriedades químicas e físicas dos átomos e moléculas.
Métodos para determinar a carga nuclear efetiva em átomos e íons.
Para determinar a carga nuclear efetiva em átomos e íons, existem alguns métodos que podem ser utilizados. Um dos métodos mais comuns é o método da atração e repulsão, que considera a interação entre os elétrons da camada de valência e o núcleo do átomo. A carga nuclear efetiva é a carga positiva que os elétrons da camada de valência “enxergam” após considerar o efeito de blindagem dos elétrons das camadas internas.
Outro método utilizado é o método da energia de ionização. A energia de ionização é a energia necessária para remover um elétron de um átomo ou íon. Através da análise da energia de ionização, é possível determinar a carga nuclear efetiva, uma vez que ela está diretamente relacionada à atração entre os elétrons e o núcleo do átomo.
Além disso, o método da polarizabilidade também pode ser utilizado para determinar a carga nuclear efetiva. A polarizabilidade é a capacidade de um átomo ou íon de distorcer sua distribuição eletrônica em resposta a um campo elétrico externo. Através da análise da polarizabilidade, é possível inferir informações sobre a carga nuclear efetiva do átomo ou íon.
Em resumo, a carga nuclear efetiva em átomos e íons pode ser determinada através de diferentes métodos, como o método da atração e repulsão, o método da energia de ionização e o método da polarizabilidade. Estes métodos permitem calcular a carga nuclear efetiva para diferentes sistemas químicos, fornecendo informações importantes sobre a interação entre os elétrons e o núcleo do átomo ou íon.
O que é carga nuclear efetiva e qual sua importância na estrutura atômica?
A carga nuclear efetiva é a carga positiva líquida que um elétron sente em um átomo, levando em consideração a repulsão entre elétrons e a atração entre elétrons e prótons no núcleo. Em outras palavras, a carga nuclear efetiva é a força que realmente prende os elétrons ao redor do núcleo do átomo.
A importância da carga nuclear efetiva na estrutura atômica é fundamental, pois ela influencia diretamente as propriedades químicas dos elementos. Quanto maior for a carga nuclear efetiva, mais forte será a atração dos elétrons pelo núcleo, resultando em um raio atômico menor e uma maior energia de ionização. Por outro lado, uma carga nuclear efetiva menor resulta em um raio atômico maior e uma menor energia de ionização.
Para calcular a carga nuclear efetiva de um átomo, é necessário levar em consideração o número de prótons no núcleo e a contribuição dos elétrons da camada mais externa. A fórmula geral para calcular a carga nuclear efetiva é:
Zeff = Z – S
Onde Z é o número atômico do elemento (número de prótons no núcleo) e S é o fator de blindagem, que leva em conta a repulsão entre os elétrons das camadas internas e externas. Quanto maior for o fator de blindagem, menor será a carga nuclear efetiva.
Para exemplificar, vamos calcular a carga nuclear efetiva do átomo de sódio (Na), que possui um número atômico igual a 11. Considerando que o fator de blindagem para o elétron 3s é de 0,35, podemos calcular:
Zeff(Na) = 11 – 0,35 = 10,65
Portanto, a carga nuclear efetiva do átomo de sódio é aproximadamente 10,65. Esse valor influenciará diretamente as propriedades químicas do elemento, como sua reatividade e capacidade de formar compostos.
Métodos para determinar o número efetivo de carga nuclear em um átomo.
Para determinar o número efetivo de carga nuclear em um átomo, existem diversos métodos que podem ser utilizados. Um dos métodos mais comuns é o método da aproximação da blindagem, que leva em consideração a repulsão eletrostática entre os elétrons e a atração pela carga nuclear. Neste método, considera-se que os elétrons mais próximos do núcleo contribuem mais para a blindagem dos elétrons externos.
Outro método utilizado é o método da constante de blindagem, que leva em consideração a constante dielétrica do meio em que o átomo está inserido. Quanto maior a constante dielétrica, maior será a blindagem dos elétrons externos em relação à carga nuclear.
Além disso, o método da teoria do orbital atômico também pode ser utilizado para determinar a carga nuclear efetiva. Neste método, considera-se a distribuição dos elétrons nos orbitais atômicos e como isso afeta a interação entre os elétrons e a carga nuclear.
Em resumo, existem diferentes métodos para determinar o número efetivo de carga nuclear em um átomo, cada um levando em consideração diferentes aspectos da interação entre os elétrons e o núcleo atômico.
Descubra o método para calcular a carga atômica dos elementos químicos.
A carga nuclear efetiva é um conceito fundamental em química que representa a atração líquida do núcleo sobre os elétrons de um átomo. Para calcular a carga atômica dos elementos químicos, é necessário levar em consideração a carga nuclear efetiva.
A carga nuclear efetiva pode ser calculada utilizando a fórmula:
Zeff = Z – S
Onde Z é o número atômico do elemento e S é o fator de blindagem, que leva em consideração a repulsão entre os elétrons nos diferentes subníveis de energia. Quanto maior o valor de S, menor será a carga nuclear efetiva.
Para calcular a carga atômica de um elemento, basta subtrair a carga nuclear efetiva do número de elétrons presentes no átomo. Por exemplo, para o elemento oxigênio (O), que possui um número atômico de 8 e 8 elétrons, a carga nuclear efetiva seria calculada da seguinte forma:
Zeff(O) = 8 – S
Com a carga nuclear efetiva calculada, é possível determinar a carga atômica do elemento. Este método é essencial para entender as propriedades físicas e químicas dos elementos químicos.
Carga Nuclear Efetiva: Conceito, Como Calcular e Exemplos
A carga nuclear efetiva (Zef) é a força de atração que o núcleo exerce sobre qualquer um dos elétrons após ser reduzido pelos efeitos da triagem e penetração. Se não houvesse tais efeitos, os elétrons sentiriam a força atrativa da carga nuclear real Z.
Na imagem abaixo, temos o modelo atômico de Bohr para um átomo fictício. Seu núcleo tem uma carga nuclear Z = + n, que atrai os elétrons que orbitam ao redor (os círculos azuis). Pode-se ver que dois elétrons estão em uma órbita mais próxima do núcleo, enquanto o terceiro elétron fica a uma distância maior dele.
O terceiro elétron orbita sentindo as repulsões eletrostáticas dos outros dois elétrons, de modo que o núcleo o atrai com menos força; isto é, a interação núcleo-elétron diminui como resultado da triagem dos dois primeiros elétrons.
Então, os dois primeiros elétrons sentem a força atrativa de uma carga + n, mas o terceiro experimenta uma carga nuclear efetiva de + (n-2).
No entanto, o referido Zef seria válido apenas se as distâncias (o raio) do núcleo de todos os elétrons fossem sempre constantes e definidas, localizando suas cargas negativas (-1).
Conceito
Os prótons definem os núcleos dos elementos químicos e os elétrons, sua identidade, dentro de um conjunto de características (os grupos da tabela periódica).
Os prótons aumentam a carga nuclear Z a uma taxa de n + 1, que é compensada pela adição de um novo elétron para estabilizar o átomo.
À medida que o número de prótons aumenta, o núcleo “cobre” uma nuvem dinâmica de elétrons, na qual as regiões pelas quais circulam são definidas pela distribuição de probabilidade das partes radial e angular das funções das ondas ( os orbitais).
A partir dessa abordagem, os elétrons não orbitam em uma região definida do espaço ao redor do núcleo, mas, como se fossem as pás de um ventilador em rotação rápida, se confundem com as formas dos orbitais conhecidos s, p, d e f.
Por esse motivo, a carga negativa -1 de um elétron é distribuída pelas regiões que penetram nos orbitais; Quanto maior o efeito penetrante, maior a carga nuclear efetiva que o elétron experimentará no orbital.
Efeitos de penetração e triagem
De acordo com a explicação anterior, os elétrons das camadas internas não contribuem com uma carga de -1 para a repulsão estabilizadora dos elétrons das camadas externas.
No entanto, esse núcleo (as camadas previamente preenchidas por elétrons) serve como uma “parede” que impede que a força atrativa do núcleo atinja os elétrons externos.
Isso é conhecido como efeito de tela ou efeito de proteção. Da mesma forma, nem todos os elétrons nas camadas externas experimentam a mesma magnitude desse efeito; Por exemplo, se eles ocupam um orbital que possui um caráter de alta penetração (ou seja, que transita muito perto do núcleo e de outros orbitais), você sentirá um Zef maior.
Como resultado, uma ordem de estabilidade energética surge dependendo desses Zef para os orbitais: s <p <d <f <… Assim, para o orbital 2s, mais penetrante que o 2p, seus elétrons experimentam um Zef maior que o sofrido pelo orbital. Elétrons orbitais 2p.
Isso significa que o orbital 2p tem mais energia (menos estabilizada pela carga do núcleo) do que o orbital 2s.
Quanto menor o efeito de penetração exercido pelo orbital, menor o efeito de tela no restante dos elétrons externos. Os orbitais dyf mostram muitos orifícios (nós) onde o núcleo atrai outros elétrons.
Como calcular?
Supondo que as cargas negativas estejam localizadas, a fórmula para calcular o Zef para qualquer elétron é:
Zef = Z – σ
Nesta fórmula, σ é a constante de triagem determinada pelos elétrons do núcleo. Isso ocorre porque, teoricamente, os elétrons mais externos não contribuem para a blindagem dos elétrons internos. Em outras palavras, 1s 2 protege o elétron 2s 1 , mas 2s 1 não protege Zs aos elétrons 1s 2 .
Se Z = 40, negligenciando os efeitos mencionados, o último elétron experimentará um Zef igual a 1 (40-39).
Regra do Slater
A regra de Slater é uma boa aproximação dos valores de Zef para elétrons no átomo. Para aplicar é necessário continuar com as etapas abaixo:
1- A configuração eletrônica do átomo (ou íon) deve ser escrita da seguinte forma:
(1s) (2s 2p) (3s 3p) (3d) (4s 4p) (4d) (4f) …
2- Os elétrons que estão à direita do que está sendo considerado não contribuem para o efeito de triagem.
3- Os elétrons que estão dentro do mesmo grupo (marcados entre parênteses) contribuem com 0,35 a carga do elétron, a menos que seja o grupo 1s, sendo 0,30.
4- Se o elétron ocupa um orbital de sopro, todos os orbitais n-1 fornecem 0,85, e todos os orbitais n-2 uma unidade.
5- Caso o elétron ocupe um orbital dof, todos os que estão à esquerda contribuem com uma unidade.
Exemplos
Determinar Zef para 2s 2 elétrons orbitais em berílio
Seguindo o modo de representação de Slater, a configuração eletrônica de Be (Z = 4) é:
(1s 2 ) (2s 2 2p 0 )
Como existem dois elétrons no orbital, um deles contribui para a blindagem do outro, e o orbital 1s é n-1 do orbital 2s. Então, desenvolvendo a soma algébrica, temos o seguinte:
(0,35) (1) + (0,85) (2) = 2,05
0,35 vieram do elétron 2s e 0,85 dos dois elétrons do 1s. Agora, aplicando a fórmula Zef:
Zef = 4-2,05 = 1,95
O que significa isto? Significa que os elétrons no orbital 2s 2 experimentando uma carga de 1,95 que atrai para o núcleo, em vez da carga real de +4.
Determinar Zef para elétrons no orbital 3p 3 do fósforo
Novamente, continue como no exemplo anterior:
(1s 2 ) (2s 2 2p 6 ) (3s 2 3p 3 )
Agora a soma algébrica é desenvolvida para determinar σ:
(, 35) (4) + (0,85) (8) + (1) (2) = 10,2
Então, Zef é a diferença entre σ e Z:
Zef = 15-10,2 = 4,8
Em conclusão, os últimos 3p 3 elétrons experimentam uma carga três vezes menos forte que a real. Deve-se notar também que, de acordo com essa regra, os elétrons 3s 2 experimentam o mesmo Zef, um resultado que pode gerar dúvidas sobre ele.
No entanto, há modificações na regra Slater que ajudam a aproximar os valores calculados dos reais.
Referências
- Libretexts de Química. (22 de outubro de 2016). Carga Nuclear Efetiva. Retirado de: chem.libretexts.org
- Shiver & Atkins. (2008). Química Inorgânica Nos elementos do grupo 1. (quarta edição., P. 19, 25, 26 e 30). Mc Graw Hill
- Regra de Slater. Retirado de: intro.chem.okstate.edu
- Lumen O efeito de blindagem e a carga nuclear efetiva. Retirado de: courses.lumenlearning.com
- Hoke Chris. (23 de abril de 2018). Como calcular a carga nuclear efetiva. Sciencing Retirado de: sciencing.com
- Dra. Arlene Courtney. (2008). Tendências Periódicas. Universidade de Oregon ocidental. Retirado de: wou.edu