Carga nuclear efectiva y tendencias periódicas

Introducción a la carga nuclear eficaz

Hoy su animador callejero favorito se presenta en la plaza del pueblo local. Te apresuras a verlo, pero cuando llegas, ya hay bastantes personas allí. Te diriges a donde está reunida la multitud, pero solo puedes llegar en la tercera fila. ¡Maldita sea, tu vista no es buena! Las personas que están frente a ti se interponen en tu camino. Desde donde está sentado, solo puede ver destellos del acto. Esto me pasa todo el tiempo: solo obtengo una buena vista, o siento el efecto de la interpretación, si estoy cerca del intérprete.

El mismo efecto también se aplica a los electrones y átomos. Puede imaginar que los electrones son la audiencia y la carga nuclear es el ejecutante. En esta lección, aprendemos sobre la carga nuclear efectiva y su efecto sobre las propiedades de los átomos. Podemos pensar en la carga nuclear efectiva como la carga positiva que sienten los electrones más externos de un átomo.

Átomos y tabla periódica

Primero, recordemos el átomo. Aquí se muestra un modelo simple. Un átomo consta de un núcleo cargado positivamente, que contiene protones y neutrones, rodeado por electrones cargados negativamente. Los electrones existen en niveles de energía discretos alrededor del núcleo llamados orbitales. Cuanto más alejado esté un electrón del núcleo, mayor será el nivel de energía. Los electrones siempre entran primero en el nivel de energía más bajo, hasta que se llena ese nivel de energía.

La tabla periódica es la disposición de elementos en filas y columnas de acuerdo con números atómicos. Cada elemento tiene su propio número atómico único. Aquí puede ver el oro y se muestran dos números. La masa atómica se muestra debajo del símbolo; el número 79 es el número atómico. El número atómico (Z) es el número de protones en el núcleo de un átomo. Es este número el que le da al átomo su identidad única. El número atómico también nos dice el número de electrones en un átomo sin carga. Un átomo de oro neutro o sin carga tiene 79 protones y 79 electrones. La carga positiva de los protones y la carga negativa de los electrones se equilibran para dar un átomo neutro.

Electrones y efectos de blindaje

Hagamos una revisión muy rápida de los electrones. Ya hemos dicho que hay diferentes niveles de energía en un átomo, y los electrones siempre entran primero en el nivel de energía más bajo hasta que se llena el nivel de energía. Uno es el primer nivel de energía, luego dos, y así sucesivamente. También puede recordar que estos niveles están divididos en subniveles, llamados s , p , d y f . Estos subniveles pueden tomar 2, 6, 10 y 14 electrones, respectivamente. Si esto es nuevo para usted, es posible que desee revisar las configuraciones electrónicas antes de volver a esta lección.

Una expresión que nos da el número de electrones en cada nivel de energía es la configuración electrónica . Por ejemplo, la configuración electrónica del átomo de litio es 1s ^ 2 2s ^ 1 y la configuración electrónica del átomo de flúor es 1s ^ 2 2s ^ 2 2p ^ 5. Es importante que pueda escribir configuraciones de electrones porque nos dicen dónde están los electrones. El litio tiene un número atómico de 3. Tiene 3 electrones. Dos electrones están en el nivel de energía 1s y 1 electrón está en el nivel de energía 2s . El electrón en el nivel de energía 2s está más lejos del núcleo y tiene la energía más alta. El flúor tiene el número atómico de 9. Tiene 9 electrones – dos electrones en los 1nivel de energía, 2 electrones en el nivel de energía 2s y 5 electrones en el nivel de energía 2p . El flúor tiene 7 electrones a mayor energía. Los electrones externos de mayor energía también se denominan electrones de valencia.

Bien, ahora que hemos revisado las configuraciones de átomos y electrones, pensemos más en la interacción entre el núcleo cargado positivamente y los electrones cargados negativamente. Las cargas opuestas se atraen y el núcleo positivo atrae los electrones negativos. Los electrones más cercanos sentirán el efecto de atracción mucho más que los electrones más alejados. No se trata solo de distancia: también hay algo más. Para ayudarnos a entender esto, regresamos a nuestro animador callejero desde el comienzo de la lección. Ahora recuerde que está de regreso en la tercera fila y su vista está bloqueada por las personas en las dos filas frente a usted. No sientes el efecto completo de la actuación debido a esto; te están protegiendo de la vista completa. Las dos filas frente a ti están completamente llenas y debes quedarte en la tercera fila; ese es tu asiento. ¿Qué crees que podría pasar si te acercas a la segunda fila para tratar de ver mejor? Bueno, eso no funcionó! Te alejaron físicamente.

Exactamente la misma situación ocurre en el átomo. En lugar de filas de personas, hay filas de niveles de energía de electrones. El primer nivel de energía es el más cercano al núcleo y, al igual que la primera fila de nuestra actuación en la calle, siente el mayor efecto. Los electrones en los niveles de energía llenos más cercanos o internos son los electrones centrales. Y al igual que nuestra gente, estos electrones centrales protegen a los electrones externos de la carga nuclear completa. Esto se conoce como efecto de protección . Si los electrones externos intentan acercarse al núcleo, se ven obligados a retroceder porque las cargas iguales se repelen.

Carga nuclear efectiva y tendencias periódicas

Ahora que hemos aprendido que los electrones del núcleo protegen a los electrones externos de la carga nuclear, aprovechemos este conocimiento para predecir tendencias periódicas. Las dos tendencias que veremos son el radio atómico y la energía de ionización. Hay tendencias que descienden de un grupo y atraviesan un período en la tabla periódica. Primero veamos lo que sucede a medida que avanzamos por un grupo. El radio atómico generalmente aumenta en un grupo. La configuración de electrones externos en un grupo es la misma, pero a medida que desciende por el grupo, hay más y más electrones centrales. Estos electrones centrales se mantienen cerca del núcleo y aumenta el efecto de protección. El tamaño del átomo aumenta porque los electrones externos no se mantienen tan apretados. La energía necesaria para eliminar un electrón es la energía de ionización y disminuye un grupo. Simplemente pon,

Pero, ¿qué sucede a medida que atraviesa un período? La tendencia se invierte. El radio atómico está disminuyendo. Esta vez, el número atómico y el número de electrones aumentan a lo largo del período. Pero a diferencia de los electrones centrales, el blindaje entre electrones en el mismo nivel de energía es pobre. Por lo tanto, la carga nuclear efectiva aumenta con el número atómico a lo largo de un período. El tamaño del átomo disminuye porque los electrones externos se mantienen más apretados. Debido a que el electrón externo se mantiene más apretado, es más difícil de eliminar y la energía de ionización aumenta a lo largo de un período.

También podemos calcular la carga nuclear efectiva aproximada mediante Z Efectivo = Z – S , donde Z es el número atómico y S es el número de electrones de protección. Los electrones protectores son todos electrones sin valencia. Están en los caparazones internos. Una manera fácil de recordar esta fórmula es usando la siguiente rima: Zebras Eufóricamente Disfrutan Zesty Moving Spacemen.

Terminaremos haciendo un ejemplo rápido. ¿Cuál es la carga nuclear efectiva en el átomo de Cl ? El cloro tiene el número atómico 17. Tiene la configuración electrónica del neón (Ne): 3s ^ 2 3p ^ 5 . Hay 7 electrones externos y 10 electrones internos de protección. Entonces ZE = 17 – 10 = 7 + . Cuanto mayor sea la carga nuclear efectiva, más efecto tendrá la carga nuclear positiva en los electrones externos.

Resumen de la lección

Así que repasemos. Aprendimos que la carga nuclear efectiva es la carga positiva que sienten los electrones más externos de un átomo. Esto nos ayuda a predecir tendencias periódicas. Aprendimos que los electrones existen en niveles de energía discretos y que los electrones llenan primero los niveles de energía más cercanos al núcleo. Cuanto más lejos esté el nivel de energía del núcleo, mayor será la energía. Aprendimos que los electrones del núcleo protegen a los electrones externos de la carga nuclear. Esto tiene el efecto de reducir la cantidad de atracción que sienten los electrones externos. Sin embargo, también aprendimos que los electrones en el mismo nivel de energía no protegen eficazmente. Esta comprensión del efecto protectorse puede utilizar para predecir tendencias periódicas tanto en la energía de ionización como en el radio atómico. Podemos calcular una carga nuclear efectiva usando Z Efectivo = Z – S , donde Z es el número atómico y S es el número de electrones protectores.

Rodrigo Ricardo Editor y fundador