Carga Nuclear Efectiva y Tamaño Atomico
Páginas: 5 (1126 palabras)
Publicado: 10 de abril de 2012
Carga nuclear efectiva
Los electrones más externos en un átomo no experimentaran totalmente la carga nuclear asociada con el núcleo debido al “apantallamiento” por los electrones en capas y subcapas colocados entre ellos y el núcleo. Por lo tanto, los electrones de valencia externos experimentaran una carga nuclear efectiva.
Zefec = Z – σ
Donde Z corresponde el número de protones o a lacarga nuclear real (es decir, el número atómico del elemento) y σ se llama constante de protección o constante pantalla. La constante pantalla es mayor que cero pero menor que Z.
Esta constante de apantallamiento dependerá del grado de penetración del orbital. Las diferencias en las funciones de distribución radial para orbitales ns, np, nd y nf indica que su poder penetrante relativo es s>p>d>fy por lo tanto la carga núclear efectiva experimentada por los orbitales es ns>np>nd>nf.
Para ilustrar la protección de los electrones, analicemos lo siguiente: Se requiere de 2373KJ de energía para quitar el primer electrón de un mol de átomos de He y una energía de 5251kJ para quitar el segundo electrón; esta mayor energía se debe a que cuando queda un solo electrón no existe el efectopantalla contra la carga nuclear +2.
En átomos con 3 o mas electrones, los niveles internos llenos protegen mejor a los electrones externos que los electrones del mismo nivel.
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 alo largo de un período y de abajo hacia arriba en un grupo.
Así consideraremos que: [pic]
Variación de Z* en la tabla.
• varia poco al aumentar Z en los e– de valencia de un mismo grupo, pues aunque hay una mayor carga nuclear también hay un mayor apantallamiento. Consideraremos que en la práctica cada e– de capa interior es capaz de contrarrestar el efecto de un protón.Ejemplo:
Z* sobre el e– exterior del Li sería: 3 – 2 = 1, mientras que en el caso del Na sería: 11 – 10 = 1, es decir apenas varía.
• Crece hacia la derecha en los elementos de un mismo periodo, debido al menor apantallamiento de los e– de la última capa y al mayor “Z”, de manera que según se avanza en un periodo hacia la derecha crece más “Z” que “a”, pues elapantallamiento de los e– de última capa es inferior a 1.
Ejemplo:
Z* sobre uno de los e– exteriores del Be sería: 4 – (2 + 0,8) = 1,2 mientras que en el caso del Li era: 3 – 2 = 1. Nota: el valor 0,8 de apantallamiento del e– de la segunda capa es orientativo; lo importante es que es un número inferior a 1.
Carga nuclear efectiva y reactividad.
La atracción que sufren los electronesde valencia no sólo dependen de la carga nuclear efectiva, sino también de la distancia del e– al núcleo (ley de Coulomb). Por ello, la reactividad de los átomos dependerá de ambos factores.
Así, los metales serán tanto mas reactivos, cuanto menor Z* y mayor distancia al núcleo, es decir, cuando pierdan los e– con mayor facilidad.
Ejemplo: El e– 4s del K es más reactivo que el 3s del Na.[pic]
Sin embargo, los no-metales serán mas reactivos a mayor Z* y menor distancia al núcleo, es decir, cuando los e– que entran sean más atraídos.
Ejemplo: El e– que capture el F será más atraído que el que capture el O o el Cl.
Reglas de Slater
En 1930, J.C. Slater propuso un conjunto de reglas empíricas para semicuantificar el concepto de carga nuclear efectiva.
Paraencontrar la constante de apantallamiento para un electrón en particular, las reglas son las siguientes:
1. Todos los electrones en orbitales de un número cuatico principal mayor contribuye cero.
2. Cada electrón en el mismo número cuántico principal contribuye 0.35, excepto cuando el electrón estudiado esta en un orbital d o en un f; entonces los electrones en orbitales s y p...
Los electrones más externos en un átomo no experimentaran totalmente la carga nuclear asociada con el núcleo debido al “apantallamiento” por los electrones en capas y subcapas colocados entre ellos y el núcleo. Por lo tanto, los electrones de valencia externos experimentaran una carga nuclear efectiva.
Zefec = Z – σ
Donde Z corresponde el número de protones o a lacarga nuclear real (es decir, el número atómico del elemento) y σ se llama constante de protección o constante pantalla. La constante pantalla es mayor que cero pero menor que Z.
Esta constante de apantallamiento dependerá del grado de penetración del orbital. Las diferencias en las funciones de distribución radial para orbitales ns, np, nd y nf indica que su poder penetrante relativo es s>p>d>fy por lo tanto la carga núclear efectiva experimentada por los orbitales es ns>np>nd>nf.
Para ilustrar la protección de los electrones, analicemos lo siguiente: Se requiere de 2373KJ de energía para quitar el primer electrón de un mol de átomos de He y una energía de 5251kJ para quitar el segundo electrón; esta mayor energía se debe a que cuando queda un solo electrón no existe el efectopantalla contra la carga nuclear +2.
En átomos con 3 o mas electrones, los niveles internos llenos protegen mejor a los electrones externos que los electrones del mismo nivel.
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 alo largo de un período y de abajo hacia arriba en un grupo.
Así consideraremos que: [pic]
Variación de Z* en la tabla.
• varia poco al aumentar Z en los e– de valencia de un mismo grupo, pues aunque hay una mayor carga nuclear también hay un mayor apantallamiento. Consideraremos que en la práctica cada e– de capa interior es capaz de contrarrestar el efecto de un protón.Ejemplo:
Z* sobre el e– exterior del Li sería: 3 – 2 = 1, mientras que en el caso del Na sería: 11 – 10 = 1, es decir apenas varía.
• Crece hacia la derecha en los elementos de un mismo periodo, debido al menor apantallamiento de los e– de la última capa y al mayor “Z”, de manera que según se avanza en un periodo hacia la derecha crece más “Z” que “a”, pues elapantallamiento de los e– de última capa es inferior a 1.
Ejemplo:
Z* sobre uno de los e– exteriores del Be sería: 4 – (2 + 0,8) = 1,2 mientras que en el caso del Li era: 3 – 2 = 1. Nota: el valor 0,8 de apantallamiento del e– de la segunda capa es orientativo; lo importante es que es un número inferior a 1.
Carga nuclear efectiva y reactividad.
La atracción que sufren los electronesde valencia no sólo dependen de la carga nuclear efectiva, sino también de la distancia del e– al núcleo (ley de Coulomb). Por ello, la reactividad de los átomos dependerá de ambos factores.
Así, los metales serán tanto mas reactivos, cuanto menor Z* y mayor distancia al núcleo, es decir, cuando pierdan los e– con mayor facilidad.
Ejemplo: El e– 4s del K es más reactivo que el 3s del Na.[pic]
Sin embargo, los no-metales serán mas reactivos a mayor Z* y menor distancia al núcleo, es decir, cuando los e– que entran sean más atraídos.
Ejemplo: El e– que capture el F será más atraído que el que capture el O o el Cl.
Reglas de Slater
En 1930, J.C. Slater propuso un conjunto de reglas empíricas para semicuantificar el concepto de carga nuclear efectiva.
Paraencontrar la constante de apantallamiento para un electrón en particular, las reglas son las siguientes:
1. Todos los electrones en orbitales de un número cuatico principal mayor contribuye cero.
2. Cada electrón en el mismo número cuántico principal contribuye 0.35, excepto cuando el electrón estudiado esta en un orbital d o en un f; entonces los electrones en orbitales s y p...
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