Come Determinare la Costante di Schermo e la Carica Nucleare Efficace

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In molti atomi, ogni singolo elettrone risente meno della carica nucleare efficace a causa dell'azione di schermo prodotto dagli altri elettroni. Per ogni elettrone in un atomo, la regola di Slater fornisce un valore costante di schermo rappresentato dal simbolo σ.

La carica nucleare efficace può essere definita come la carica nucleare reale (Z) dedotto l'effetto di schermo causato dagli elettroni che si trovano fra il nucleo e l'elettrone di valenza.

Carica nucleare efficace Z* = Z – σ dove Z = numero atomico, σ = costante di schermo.

Per calcolare la carica nucleare efficace (Z*) abbiamo bisogno del valore della costante di schermo (σ) che può essere calcolata usando le regole che seguono.

Passaggi

1
Scrivi la configurazione elettronica degli elementi come indicato di seguito.
- (1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) (5d)…
- Struttura gli elettroni in base al principio dell'Aufbau.
  - Qualsiasi elettrone alla destra di quello interessato non contribuisce alla costante di schermo.
  - La costante di schermo per ogni gruppo è determinata dalla somma dei seguenti dati:
    - Ogni elettrone contenuto nello stesso gruppo dell'elettrone di interesse, dà un contributo pari a 0,35 all'effetto di schermo ad eccezione del gruppo 1s, dove gli altri elettroni contribuiscono solo di 0,30.
    - Se il gruppo è del tipo [s, p], il contributo è di 0,85 per ogni elettrone della struttura (n-1) e di 1,00 per ogni elettrone della struttura (n-2) e di quelle sottostanti.
    - Se il gruppo è del tipo [d] o [f], il contributo è pari a 1,00 per ogni elettrone che si trova a sinistra di quell'orbita.
2
Facciamo un esempio: (a) Calcolare la carica nucleare efficace dell'elettrone 2p dell'azoto.
- Configurazione elettronica — (1s²) (2s², 2p³).
- Costante di schermo, σ = (0,35 × 4) + (0,85 × 2) = 3,10
- Carica nucleare efficace, Z* = Z – σ = 7 – 3,10 = 3,90
3
Un altro esempio: (b) Calcolare la carica nucleare efficace e la costante di schermo rilevata nell'elettrone 3p del silicio.
- Configurazione elettronica — (1s²) (2s², 2p⁶)(3s², 3p²).
- σ = (0,35 × 3) + (0,85 × 8) + (1 × 2) = 9,85
- Z* = Z – σ = 14 – 9,85 = 4,15
4
Ancora un altro: (c) Calcolare la carica nucleare efficace degli elettroni 4s e 3d dello zinco.
- Configurazione elettronica — (1s²) (2s², 2p⁶)(3s², 3p⁶)(3d¹⁰)(4s²).
- Per elettrone 4s:
- σ = (0,35 × 1) + (0,85 × 18) + (1 × 10) = 25,65
- Z* = Z – σ = 30 – 25,65 = 4,35
- Per elettrone 3d:
- σ = (0,35 × 9) + (1 × 18) = 21,15
- Z* = Z – σ = 30 – 21,15 = 8,85
5
E infine: (d) Calcolare la carica nucleare efficace di uno degli elettroni 6s del Tungsteno (Numero Atomico 74).
- Configurazione elettronica- (1s²) (2s², 2p⁶)(3s², 3p⁶)(4s², 4p⁶) (3d¹⁰) (4f¹⁴) (5s², 5p⁶)(5d⁴), (6s²)
- σ = (0,35 × 1) + (0,85 × 12) + (1 × 60) = 70,55
- Z* = Z – σ = 74 – 70,55 = 3,45
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Consigli

Leggi dei testi sull'effetto di schermatura, la costante di schermo, la carica nucleare efficace, la regola di Slater ecc.
Se c'è un solo elettrone in un'orbita, non ci sarà effetto di schermo. E ancora, se il totale degli elettroni presenti corrisponde a un numero dispari, sottraine uno per ottenere la quantità reale da moltiplicare per ottenere l'effetto di schermo.