Carica nucleare efficace di potassio: cosa comporta (con esempi)
Il carico di potassio nucleare effettivo è +1. La carica nucleare effettiva è la carica positiva totale che un elettrone appartiene a un atomo con più di un elettrone. Il termine "efficace" descrive l'effetto di schermatura esercitato dagli elettroni vicino al nucleo, dalla sua carica negativa, per proteggere gli elettroni dagli orbitali più alti.
Questa proprietà ha una relazione diretta con altre caratteristiche degli elementi, come le loro dimensioni atomiche o la loro disposizione a formare ioni. In questo modo, la nozione di carica nucleare efficace fornisce una maggiore comprensione delle conseguenze della protezione presente nelle proprietà periodiche degli elementi.
Inoltre, negli atomi che hanno più di un elettrone - cioè negli atomi polielettronici - l'esistenza della schermatura degli elettroni produce una diminuzione delle forze di attrazione elettrostatica tra i protoni (particelle caricate positivamente) del nucleo dell'atomo e gli elettroni nei livelli esterni.
Al contrario, la forza con cui gli elettroni si respingono negli atomi considerati polielettronici contrastano gli effetti delle forze attrattive esercitate dal nucleo su queste particelle con carica opposta.
Qual è l'effettiva carica nucleare?
Quando un atomo ha un solo elettrone (tipo idrogeno), questo singolo elettrone percepisce la carica positiva netta del nucleo. D'altra parte, quando un atomo ha più di un elettrone, si sperimenta l'attrazione di tutti gli elettroni esterni verso il nucleo e, simultaneamente, la repulsione tra questi elettroni.
In generale, si dice che maggiore è la carica nucleare effettiva di un elemento, maggiori sono le forze attrattive tra gli elettroni e il nucleo.
Allo stesso modo, più grande è questo effetto, minore è l'energia che appartiene all'orbitale dove si trovano questi elettroni esterni.
Per la maggior parte degli elementi del gruppo principale (chiamati anche elementi rappresentativi) questa proprietà aumenta da sinistra a destra, ma diminuisce dall'alto verso il basso nella tavola periodica.
Per calcolare il valore della carica nucleare effettiva di un elettrone (Z eff o Z *) si usa la seguente equazione proposta da Slater:
Z * = Z - S
Z * si riferisce alla carica nucleare effettiva.
Z è il numero di protoni presenti nel nucleo dell'atomo (o il numero atomico).
S è il numero medio di elettroni che si trovano tra il nucleo e l'elettrone che si sta studiando (numero di elettroni che non sono valenza).
Efficace carico di potassio nucleare
Quanto sopra implica che, avendo 19 protoni nel suo nucleo, la sua carica nucleare è +19. Mentre parliamo di un atomo neutro, ciò significa che ha lo stesso numero di protoni ed elettroni (19).
In questo ordine di idee, abbiamo che l'effettiva carica nucleare del potassio è calcolata mediante un'operazione aritmetica, sottraendo il numero di elettroni interni dalla sua carica nucleare come espresso di seguito:
(+19 - 2 - 8 - 8 = +1)
In altre parole, l'elettrone di valenza è protetto da 2 elettroni dal primo livello (più vicino al nucleo), 8 elettroni dal secondo livello e 8 elettroni dal terzo e penultimo livello; cioè, questi 18 elettroni esercitano un effetto schermante che protegge l'ultimo elettrone dalle forze esercitate dal nucleo su di esso.
Come si può vedere, il valore della carica nucleare effettiva di un elemento può essere stabilito dal suo numero di ossidazione. Va notato che per un elettrone specifico (a qualsiasi livello di energia), il calcolo della carica nucleare effettiva è diverso.
Spiegato esempi di effettivo carico di potassio nucleare
Di seguito sono riportati due esempi per calcolare l'effettiva carica nucleare percepita da un elettrone di valenza determinato in un atomo di potassio.
- Innanzitutto, la sua configurazione elettronica è espressa nel seguente ordine: (1 s ) (2 s, 2 p ) (3 s, 3 p ) (3 d ) (4 s, 4 p ) (4 d ) (4 f) ) (5 s, 5 p ) e così via.
- Nessun elettrone a destra del gruppo (n s, n p ) contribuisce al calcolo.
- Ogni elettrone nel gruppo (n s, n p ) contribuisce a 0, 35. Ogni elettrone del livello (n-1) contribuisce a 0, 85.
- Ogni elettrone di livello (n-2) o inferiore contribuisce a 1.00.
- Quando l'elettrone protetto si trova in un gruppo (n d ) o (n f ), ciascun elettrone in un gruppo alla sinistra del gruppo (n d ) o (n f ) contribuisce a 1.00.
Quindi, il calcolo inizia:
Primo esempio
Nel caso in cui l'unico elettrone dello strato più esterno dell'atomo si trovi nell'orbitale di 4 s, la sua carica nucleare effettiva può essere determinata come segue:
(1 s 2) (2 s 22 p 5) (3 s 23 p 6) (3 d 6) (4 s 1)
Viene calcolata la media di elettroni che non appartengono al livello più esterno:
S = (8 x (0, 85)) + (10 x 1, 00)) = 16, 80
Avendo il valore di S, procediamo a calcolare Z *:
Z * = 19.00 - 16.80 = 2.20
Secondo esempio
In questo secondo caso l'unico elettrone di valenza si trova nell'orbitale di 4 s. Puoi determinare la tua carica nucleare efficace allo stesso modo:
(1 s 2) (2 s 22 p 6) (3 s 23 p 6) (3 d 1)
Di nuovo, viene calcolata la media degli elettroni di non valenza:
S = (18 x (1, 00)) = 18, 00
Infine, con il valore di S, possiamo calcolare Z *:
Z * = 19, 00 - 18, 00 = 1, 00
conclusione
Facendo un confronto dei risultati precedenti, si può vedere che l'elettrone presente nell'orbitale 4 s è attratto dal nucleo dell'atomo da forze maggiori di quelle che attraggono l'elettrone che si trova nel 3 ° orbitale. Pertanto, l'elettrone nell'orbitale a 4 s ha un'energia inferiore a quella dell'orbitale 3 d .
Quindi, si conclude che un elettrone può essere localizzato nell'orbitale 4 s nel suo stato fondamentale, mentre nel 3 d orbitale è in uno stato eccitato.
