Carga nuclear efectiva

En el capitulo 5 analizamos los efectos de pantalla que los electrones cercanos al núcleo ejercen sobre los electrones externos en los átomos polielectrónicos. La presencia de otros electrones en un átomo reduce la atracción electrostática entre un determinado electrón y los protones cargados positivamente en el núcleo. La carga nuclear efectiva (Zefect) es la carga nuclear detectada por un electrón cuando se toman en cuenta tanto al carga nuclear real (Z) como los efectos repulsivos (pantalla) de los demás electrones. En general, Zefect esta dada por

Zefect = Z – σ

Donde σ (sigma) es la constante de apantallamiento. La constante de apantallamiento es mayor que cero pero menor que Z. Una forma de ilustrar cómo los electrones sirven de pantalla a los electrones del orbital próximo siguiente es considerar las cantidades de energía requeridas para extraer dos electrones del átomo de helio. Los experimentos muestran que se necesitan 3.94 X 10 -18 J para extraer el primer electrón y 8.72 X 10-18 J para extraer el segundo. No hay apantallamiento una vez que se extrae el electrón, así que el segundo electrón cae bajo todo el efecto de la carga nuclear +2.Debido a que los electrones internos en promedio están más cerca del núcleo que los electrones de valencia, los electrones internos apantallan a los electrones de valencia mucho más de lo que los electrones de valencia se apantallan entre si. Considere los elementos del segundo periodo de Li a Ne. De izquierda a derecha, vemos que el numero de electrones internos (1s2) permanece constante mientras la carga nuclear aumenta. Sin embargo, debido a que el electrón añadido es un electrón de valencia y estos no se apantallan bien entre sí, el efecto neto de moverse a lo largo del periodo es ir encontrando una mayor carga nuclear efectiva ejercida sobre los electrones de valencia como se muestra a continuación.

Li Be B C N O F NeZ 3 4 5 6 7 8 9 10Z 1.28 1.92 2.42 3.14 3.83 4.45 5.1 5.76

La carga nuclear efectiva también aumenta conforme descendemos de un grupo periódico en particular. Sin embargo, como los electrones de valencia se agregan a orbitales cada vez más grandes a medida que n aumenta, la atracción electrostática entre el núcleo y los electrones de valencia en realidad disminuye.

Radio atómico

Numerosas propiedades físicas, incluidas la densidad y los puntos de fusión y ebullición, se relacionan con el tamaño de los átomos, aunque es algo difícil determinar su dimensión. Como vimos en el capítulo 5. La densidad electrónica de un átomo se extiende mucho más allá del núcleo, pero por lo general pensamos en el tamaño atómico como el volumen que contiene cerca del 90% de la densidad electrónica total alrededor del núcleo. Cuando debemos ser más específicos, definimos el tamaño de un átomo en términos de su radio atómico, que es la mitad de la longitud entre los núcleos de dos átomos metálicos adyacentes o de una molécula diatómica. Para los átomos que están unidos entre sí formando una red tridimensional, el radio atómico es simplemente la mitad de la longitud entre los núcleos de dos átomos vecinos. figura 6.4a)] Para elementos que existen como moléculas sencillas, el radio atómico es la mitad de la longitud entre los núcleos de los dos átomos de una molécula en particular. Figura 6.4b)] La figura 6.5 muestra el radio atómico de muchos elementos de acuerdo con sus posiciones en la tabla periódica, y la figura 6.6 presenta los radios atómicos de estos elementos en relación con sus números atómicos. Las tendencias periódicas son fácilmente identificables. Considere los elementos del segundo periodo. Como la carga molecular efectiva aumenta de izquierda a derecha, el electrón de valencia adicionado en cada paso es atraído con mayor fuerza por el núcleo que el anterior. Por tanto, esperamos y encontramos que el efecto de radio atómico disminuye de Li a Ne. Dentro de un grupo encontramos que el radio atómico aumenta con el número atómico. Para los metales alcalinos del grupo 1A, el electrón de valencia reside en el orbital ns. Debido a que el tamaño del orbital aumenta con el número cuántico principal creciente n, el tamaño del radio atómico aumenta aunque la carga nuclear efectiva también aumente de Li a Cs.