Termini

• carica nucleare efficacequello sperimentato da un elettrone in un atomo multi-elettrone, in genere meno per gli elettroni che sono schermati da elettroni core.,
• Nucleola parte centrale carica positivamente di un atomo, composta da protoni e neutroni.
• nucleo elettroniquelli che non fanno parte del guscio di valenza e come tali, non sono coinvolti nel legame.
• valence shell electron pair repulsion theoriaun insieme di regole utilizzate per prevedere la forma delle singole molecole.
• Cationeun ion caricato positivamente, al contrario di un anione.
• Guscio di valenzail guscio più esterno degli elettroni in un atomo; questi elettroni prendono parte al legame con altri atomi.
• anionA charged caricato negativamente, al contrario di un catione.,

L’effetto schermante

Gli elettroni in un atomo possono proteggersi a vicenda dalla trazione del nucleo. Questo effetto, chiamato effetto schermante, descrive la diminuzione dell’attrazione tra un elettrone e il nucleo in qualsiasi atomo con più di un guscio di elettrone. Più gusci di elettroni ci sono, maggiore è l’effetto di schermatura sperimentato dagli elettroni più esterni.

Negli atomi simili all’idrogeno, che hanno un solo elettrone, la forza netta sull’elettrone è grande quanto l’attrazione elettrica dal nucleo., Tuttavia, quando più elettroni sono coinvolti, ogni elettrone (nel guscio n) sente non solo l’attrazione elettromagnetica dal nucleo positivo, ma anche le forze di repulsione da altri elettroni in gusci da 1 a n-1. Ciò fa sì che la forza elettrostatica netta sugli elettroni nei gusci esterni sia significativamente più piccola in grandezza. Pertanto, questi elettroni non sono fortemente legati come gli elettroni più vicini al nucleo.

L’effetto schermante spiega perché gli elettroni del guscio di valenza vengono rimossi più facilmente dall’atomo., Il nucleo può tirare il guscio di valenza più stretto quando l’attrazione è forte e meno stretto quando l’attrazione è indebolita. Più schermatura si verifica, più il guscio di valenza può diffondersi. Di conseguenza, gli atomi saranno più grandi.

Esempio:

Perché il cesio è più grande del sodio elementare?

Soluzione:

L’elemento sodio ha la configurazione elettronica 1s22s22p63s1. Il livello di energia esterno è n = 3 e c’è un elettrone di valenza. L’attrazione tra questo elettrone di valenza solitario e il nucleo con 11 protoni è schermato dagli altri 10 elettroni del nucleo.,

La configurazione elettronica per il cesio è 1s22s22p63s23p64s23d104p65s24d105p66s1. Mentre ci sono più protoni in un atomo di cesio, ci sono anche molti più elettroni che proteggono l’elettrone esterno dal nucleo. L’elettrone più esterno, 6s1, quindi, è tenuto molto liberamente. A causa della schermatura, il nucleo ha meno controllo su questo elettrone 6s1 di quanto non faccia su un elettrone 3s1.

Carica nucleare efficace

L’entità dell’effetto schermante è difficile da calcolare con precisione. Come approssimazione, possiamo stimare la carica nucleare effettiva su ciascun elettrone.,

La carica nucleare effettiva (spesso simboleggiata come Zeff o Z*) è la carica positiva netta sperimentata da un elettrone in un atomo multi-elettrone. Il termine “efficace” è usato perché l’effetto di schermatura degli elettroni caricati negativamente impedisce agli elettroni orbitali più alti di sperimentare la carica nucleare completa.,

Il nucleare efficace carica di un elettrone è data dalla seguente equazione:

Zeff = Z – S

dove Z è il numero di protoni nel nucleo (numero atomico), e S è il numero di elettroni tra il nucleo e l’elettrone in questione (il numero di nonvalence elettroni).

Esempio:

Si consideri un atomo di neon neutro (Ne), un catione di sodio (Na+) e un anione di fluoro (F–). Qual è la carica nucleare efficace per ciascuno?

Soluzione:

Inizia calcolando il numero di elettroni di nonvalenza, che può essere determinato dalla configurazione elettronica.,

Ne ha 10 elettroni. La configurazione elettronica è 1s22s2 2p6. Il guscio di valenza è shell 2 e contiene 8 elettroni di valenza. Quindi il numero di elettroni di nonvalenza è 2 (10 elettroni totali – 8 valenza). Il numero atomico per neon è 10, quindi:

Zeff (Ne) = 10 – 2 = 8+

La farina ha 9 elettroni ma F– ha guadagnato un elettrone e quindi ha 10. La configurazione elettronica è la stessa del neon e il numero di elettroni di nonvalenza è 2., Il numero atomico per F – è 9, quindi:

Zeff (F–) = 9 – 2 = 7+

Il sodio ha 11 elettroni ma lo Na Na + ha perso un elettrone e quindi ne ha 10. Ancora una volta, la configurazione elettronica è la stessa degli esempi precedenti e il numero di elettroni di nonvalenza è 2 (perdendo un elettrone, il guscio di valenza diventa il guscio n=2). Il numero atomico per Na + è 11, quindi:

Zeff (Na+) = 11 – 2 = 9+

In ciascuno degli esempi precedenti (Ne, F–, Na+) un atomo ha 10 elettroni ma la carica nucleare effettiva varia perché ognuno ha un numero atomico diverso., Il catione di sodio ha la più grande carica nucleare efficace, che si traduce in elettroni trattenuti il più stretto, e quindi Na+ ha il raggio atomico più piccolo.