Efectul încărcării nucleare a potasiului: ce constă (cu exemple)

Sarcina nucleară eficientă cu potasiu este de +1. Încărcarea nucleară eficientă este sarcina totală pozitivă pe care un electron îi aparține unui atom cu mai mult de un electron. Termenul "eficient" descrie efectul de ecranare exercitat de electroni în apropierea nucleului, din sarcina sa negativă, pentru a proteja electronii de orbitele mai mari.

Această proprietate are o relație directă cu alte caracteristici ale elementelor, cum ar fi dimensiunile lor atomice sau dispunerea lor de a forma ioni. În acest fel, noțiunea de încărcătură nucleară eficientă oferă o mai bună înțelegere a consecințelor protecției prezente în proprietățile periodice ale elementelor.

În plus, în atomii care au mai mult de un electron - adică în atomii polielectronici - existența ecranării electronilor produce o scădere a forțelor de atracție electrostatică între protoni (particule încărcate pozitiv) ale nucleului atomului și electronii din exterior.

În schimb, forța cu care electronii resping în atomii considerați polielectronici contracarează efectele forțelor atractive exercitate de nucleu asupra acestor particule cu încărcătură opusă.

Care este taxa nucleară efectivă?

Atunci când este un atom care are doar un electron (tip hidrogen), acest singur electron percepe sarcina netă pozitivă a nucleului. Pe de altă parte, atunci când un atom are mai mult de un electron, se simte atracția tuturor electronilor externi spre nucleu și, în același timp, repulsia dintre acești electroni.

În general, se spune că cu cât este mai mare încărcătura nucleară eficientă a unui element, cu atât forțele atractive sunt mai mari între electroni și nucleu.

În același mod, cu cât este mai mare acest efect, cu atât mai mică este energia aparținând orbitalului unde sunt localizați acești electroni externi.

Pentru majoritatea elementelor din grupul principal (numite și elemente reprezentative), această proprietate crește de la stânga la dreapta, dar scade de sus în jos în tabelul periodic.

Pentru a calcula valoarea încărcării nucleare efective a unui electron (Z _eff sau Z *) se folosește următoarea ecuație propusă de Slater:

Z * = Z - S

Z * se referă la sarcina nucleară eficientă.

Z este numărul de protoni prezenți în nucleul atomului (sau numărul atomic).

S este numărul mediu de electroni care se află între nucleul și electronul care este studiat (numărul de electroni care nu sunt valenți).

Eficacitatea încărcării nucleare cu potasiu

Cele de mai sus implică faptul că, având în nucleul său 19 protoni, încărcătura nucleară este +19. Când vorbim despre un atom neutru, înseamnă că are același număr de protoni și electroni (19).

În această ordine de idei, avem că încărcătura nucleară eficientă a potasiului este calculată printr-o operație aritmetică, prin scăderea numărului de electroni interne din sarcina sa nucleară așa cum este exprimat mai jos:

(+19 - 2 - 8 - 8 = +1)

Cu alte cuvinte, electronul de valență este protejat de doi electroni de la primul nivel (cel mai apropiat de nucleu), 8 electroni de la al doilea nivel și 8 electroni de la cel de-al treilea și penultimul nivel; adică acești 18 electroni exercită un efect de ecranare care protejează ultimul electron de forțele exercitate de nucleul de pe el.

După cum se poate observa, valoarea încărcării nucleare efective a unui element poate fi stabilită prin numărul său de oxidare. Trebuie remarcat faptul că pentru un anumit electron (la orice nivel de energie), calculul încărcăturii nucleare efective este diferit.

Explicate exemple de încărcare nucleară eficientă cu potasiu

Mai jos sunt două exemple pentru a calcula încărcătura nucleară eficientă percepută de un electron de valență determinat într-un atom de potasiu.

- Mai întâi, configurația sa electronică este exprimată în ordinea următoare: (4 s ) ) (5 s, 5 p ) și așa mai departe.

- Nici un electron în partea dreaptă a grupului (n s, n p ) nu contribuie la calcul.

- Fiecare electron din grup (n s, n p ) contribuie cu 0, 35. Fiecare electron al nivelului (n-1) contribuie cu 0, 85.

- Fiecare electron de nivel (n-2) sau mai mic contribuie cu 1, 00.

- Atunci când electronul protejat este într-un grup (n d ) sau (n f ), fiecare electron dintr-un grup din stânga grupului (n d ) sau (n f ) contribuie cu 1, 00.

Astfel, calculul începe:

Primul exemplu

În cazul în care singurul electron al stratului exterior al atomului este în orbitalul 4 s, încărcătura sa efectivă nucleară poate fi determinată după cum urmează:

(1 s 2) (2 s 22 p 5) (3 s 23 p 6) (3 d 6) (4 s 1)

Se calculează apoi media electronilor care nu aparțin celui mai exterior nivel:

S = (8 x (0, 85)) + (10 x 1, 00)) = 16, 80

Având valoarea lui S, procedăm pentru a calcula Z *:

Z * = 19, 00 - 16, 80 = 2, 20

Al doilea exemplu

În acest al doilea caz, singurul electron de valență se găsește în orbitalul 4 s. Puteți determina încărcătura dvs. nucleară eficientă în același mod:

(1 s 2) (2 s 22 p 6) (3 s 23 p 6) (3 d 1)

Din nou, se calculează media electronilor non-valenți:

S = (18 x (1, 00)) = 18, 00

În cele din urmă, cu valoarea S, putem calcula Z *:

Z * = 19, 00 - 18, 00 = 1, 00

concluzie

Efectuând o comparație a rezultatelor anterioare, se poate observa că electronul prezent în orbitalul 4 s este atras de nucleul atomului prin forțe mai mari decât cele care atrag electronul care se află în orbitalul 3d . Prin urmare, electronul în orbitalul 4 s are o energie mai mică decât cea a orbitalului 3d .

Astfel, se concluzionează că un electron poate fi localizat în orbitalul 4s în starea sa de bază, în timp ce în orbitalul 3d este într-o stare excitat.