Questão 3. O que é carga nuclear efetiva (Zef) e como ela difere da carga nuclear real (Z)?
Passo 1
O enunciado pede duas coisas claras:
- Definir o que é a carga nuclear efetiva, isto é, o que se entende por
. - Explicar em que ela difere da carga nuclear real, isto é, do número atômico
.
Não há outros dados numéricos fornecidos — é uma pergunta conceitual.
Passo 2
Resposta conceitual direta e fórmula usada em muitas aproximações:
Aqui:
-
é a carga nuclear real (o número de prótons no núcleo). -
é a constante de blindagem (shielding), que representa a soma da “proteção” que os outros elétrons fazem contra a atração do núcleo sobre o elétron em questão.
Explicando em palavras:é a carga positiva líquida que um elétron “sente” efetivamente depois de se levar em conta que os demais elétrons bloqueiam parte da atração nuclear.
Passo 3
Intuição física (passo a passo, sem fórmulas pesadas):
- O núcleo puxa todos os elétrons com força proporcional a
, mas elétrons mais internos ficam entre o núcleo e um elétron externo e reduzem essa atração. Isso é o “efeito de blindagem”. - Um elétron externo não “vê” a carga total
, ele vê algo menor: . - Elétrons em camadas mais internas blindam mais (contribuem mais para
) do que elétrons na mesma camada. - Orbitais com maior penetração (por exemplo orbital
) “sentem” mais a carga nuclear porque penetraram mais perto do núcleo, então o valor de depende do orbital.
Passo 4
Como estimar
na prática (regras de Slater) — procedimento útil para a prova:
- Escrever a configuração eletrônica agrupando por níveis:
, etc. - Escolher o elétron de interesse.
- Somar as contribuições ao
assim: - Elétrons à direita (com maior energia/mesma camada mais externa) não contribuem.
- Elétrons do mesmo grupo (mesmo
, ex.: outros / para um elétron ) contribuem com cada um (exceto para elétrons , onde a regra específica é diferente). - Elétrons no nível
contribuem com cada. - Elétrons em níveis
contribuem com cada.
- Depois calcular
.
Observação: as constantes, , são aproximações empíricas (Slater). Existem outros esquemas mais sofisticados, mas essa é rápida e aceitável para provas introdutórias.
Passo 5
Exemplo prático 1 — eletron valência do sódio (
,
):
- Configuração:
. - Queremos
sentido pelo elétron . - Aplicando Slater:
- Elétrons na mesma camada (
): não há outros elétrons além do próprio, então contribuição = . - Elétrons em
(ou seja ): são elétrons, cada um contribui com → . - Elétrons em níveis
ou menores (aqui ): elétrons com contribuição → . - Assim
.
- Elétrons na mesma camada (
- Portanto
Interpretação: o elétron
do sódio sente aproximadamente uma carga efetiva de
, bem menor que a carga nuclear real
.
Passo 6
Exemplo prático 2 — elétron
do oxigênio (
,
):
- Configuração:
. - Para um elétron
: - Outros elétrons no mesmo grupo (
): há outros elétrons → . - Elétrons em
(ou seja ): . - Não há níveis
ou menores além de . - Assim
.
- Outros elétrons no mesmo grupo (
- Então
Interpretação: cada elétron
do oxigênio sente uma atração líquida por volta de
, muito menor que
.
Passo 7
Consequências práticas e tendências periódicas (o que usar na prova para interpretar resultados):
- Aumentando-se ao longo de um período (esquerda → direita):
aumenta, mas aumenta pouco, então aumenta. Resultado: raios atômicos diminuem, energias de ionização aumentam. - Descendo um grupo:
aumenta, mas aumenta bastante (novas camadas internas), então aumenta pouco; elétrons externos ficam menos fortemente presos (maior raio). - Orbitais com maior penetração (ex.:
) têm maior que orbitais do mesmo nível, porque penetram mais perto do núcleo e “sentem” menos blindagem. - Propriedades químicas como eletronegatividade, afinidade eletrônica e energia de ionização correlacionam-se com
.
Passo 8
Limitações e observações finais úteis para a prova:
-
é uma aproximação — não é uma constante absoluta do átomo; depende de qual elétron (orbital) está sendo considerado e, em tratamentos mais precisos, varia com a distância do elétron ao núcleo. - Regras de Slater dão um valor aproximado rápido; métodos ab initio (Hartree–Fock, DFT) calculam a distribuição eletrônica e produzem valores mais precisos de carga efetiva.
- Em química qualitativa e em provas, basta entender a ideia, usar
e aplicar uma regra de estimativa (como Slater) para números rápidos.