- Defina:
b) carga nuclear efetiva (
)
Passo 1
O que o enunciado pede: definir a expressão “carga nuclear efetiva”
.
Informações dadas: nenhuma além do pedido de definição.
Objetivo deste passo: deixar claro que preciso explicar o que é , dar a fórmula, explicar cada termo e mostrar como estimá‑la na prática (passo a passo), com exemplos e interpretação física.
Informações dadas: nenhuma além do pedido de definição.
Objetivo deste passo: deixar claro que preciso explicar o que é
Passo 2
Intuição física (a ideia básica, sem fórmulas ainda).
Imagine o núcleo de um átomo com carga positiva total (número atômico). Um elétron externo não sente toda essa carga positiva porque os outros elétrons interpostos “bloqueiam” parte dessa atração — esse bloqueio chama‑se blindagem ou efeito de apantamento. A carga nuclear efetiva
é a carga positiva líquida que um elétron específico percebe do núcleo depois de considerar essa blindagem pelos demais elétrons. Em palavras simples: é o “Z visto pelo elétron”.
Imagine o núcleo de um átomo com carga positiva total
Passo 3
Definição formal e fórmula.
A definição usual e prática é dada pela fórmula
A definição usual e prática é dada pela fórmula
onde:
-
é o número atômico (carga nuclear total, um inteiro: número de prótons); -
é a constante de blindagem (ou apantamento), uma medida de quanto os outros elétrons reduzem a atração nuclear sentida pelo elétron considerado.
Explicação das variáveis:
-
: diz quantos prótons existem no núcleo, portanto qual seria a carga atrativa total se não houvesse elétrons entre o núcleo e o elétron em questão. -
: é a soma das contribuições de apantamento de cada elétron “entre” ou “ao redor” do elétron que estamos considerando; valor positivo, normalmente não inteiro, e depende da distribuição eletrônica.
Passo 4
O que significa
(blindagem) e por que existe.
Cada elétron contribui para reduzir a atração efetiva sobre o elétron que analisamos. Elétrons em camadas internas (mais próximas do núcleo) apantam muito (contribuem mais para ); elétrons na mesma camada apantam parcialmente; elétrons em camadas externas apantam pouco ou nada. Portanto
é uma soma ponderada das demais cargas eletrônicas, e é esse
que transformará o
“bruto” na carga efetiva percebida.
Cada elétron contribui para reduzir a atração efetiva sobre o elétron que analisamos. Elétrons em camadas internas (mais próximas do núcleo) apantam muito (contribuem mais para
Passo 5
Como estimar
na prática: regras de Slater (um procedimento passo a passo simples e muito usado em provas).
Vou descrever o algoritmo de Slater para calcular para um elétron do tipo s ou p (caso d e f têm regras levemente diferentes — se precisar eu explico depois). Passos:
Vou descrever o algoritmo de Slater para calcular
- Escrever a configuração eletrônica organizada por níveis principais
: por exemplo para cloro . - Separar os grupos por nível
: aqui temos grupo , , . - Para um elétron do nível
(por exemplo um elétron em cloro), aplicar os coeficientes: - Elétrons na mesma camada (
igual) contribuem com cada (exceto para elétrons onde a contribuição do outro é — regra especial para ). - Elétrons no nível imediatamente abaixo (
) contribuem com cada (para elétrons s e p). - Elétrons em níveis ainda mais internos (
, , …) contribuem com cada. - (Para elétrons em orbitais d ou f, usam‑se outros coeficientes; aqui foco em s/p que é o mais comum em provas de química geral.)
- Elétrons na mesma camada (
- Somar todas essas contribuições para obter
. - Calcular
.
Observação: essas são regras empíricas — dão uma boa estimativa qualitativa/quantitativa simples para usar em provas sem cálculos pesados.
Passo 6
Exemplo 1 (passo a passo): efeito em um elétron externo de sódio (Na), elétron
.
- Configuração do Na:
. -
. - Para o elétron
: não há outros elétrons na mesma camada (o único é ele), então contribuição da mesma camada = . - Elétrons em
: são , total elétrons, cada um contribui : contribuição = . - Elétrons em
: , dois elétrons, cada um contribui : contribuição = . - Logo
. - Portanto
Interpretação curta: o elétron
do Na sente uma carga efetiva de aproximadamente
(valor estimado por Slater). Isso explica porque o elétron externo ainda sente uma atração significativa, apesar da blindagem.
Passo 7
Exemplo 2 (passo a passo): elétron
em cloro (Cl).
- Configuração do Cl:
. -
. - Para um elétron
: elétrons na mesma camada são e os outros (no total 6 elétrons além do elétron em questão). Cada um contribui : contribuição = . (Estou pegando estes números da configuração eletrônica acima.) - Elétrons em
: = 8 elétrons, cada um contribui : contribuição = . (Peguei esses 8 elétrons da configuração.) - Elétrons em
: = 2 elétrons, contribuição = . - Soma:
. - Portanto
Interpretação: um elétron
em cloro percebe uma carga efetiva cerca de
, bem maior do que no sódio — por isso cloro puxa elétrons com mais força (maior eletronegatividade e maior energia de ionização relativa).
Passo 8
Relação com tendências periódicas e limitações práticas.
- Tendências: em um mesmo período,
aumenta com porque adicionamos prótons enquanto os elétrons de inner shell não aumentam tanto o apantamento; por isso raios atômicos caem e eletronegatividade aumenta ao atravessar um período. Ao descer um grupo, muda pouco (mesmo que aumente, há aumento também no apantamento por camadas internas), por isso raios tendem a aumentar por ocupação de níveis maiores. - Limitações:
calculada por Slater é uma aproximação empírica; métodos ab initio (Hartree–Fock, DFT) dão valores mais precisos, mas em provas e estimativas qualitativas Slater é apropriado. Também a definição depende de qual elétron está sendo considerado (elétron interno vs externo).
Passo 9
Dicas para a prova (como eu faria rápido e seguro):
- Sempre escreva a configuração eletrônica e separe por níveis
. - Identifique o elétron alvo (qual
, s/p/d/f). - Aplique os coeficientes de Slater sistematicamente (mesma camada
, -> , inferiores -> ; regra especial para o outro ). - Calcule
com calma, subtraia de e interprete o resultado (maior → maior atração nuclear efetiva). - Se faltar tempo, use a ideia qualitativa: across period →
aumenta; down group → muda pouco.
Resposta
A carga nuclear efetiva
é a carga positiva líquida que um elétron percebe do núcleo após o apantamento pelos demais elétrons, e é estimada pela fórmula
, onde
é o número atômico e
é a constante de blindagem (apantamento) obtida, por exemplo, pelas regras de Slater.