Questão 5. Utilizando as Regras de Slater, calcule a constante de blindagem (S) e a carga nuclear efetiva (Zef) para o elétron mais externo do nitrogênio (
). Mostre os agrupamentos e os cálculos.
Passo 1
O enunciado pede: calcular a constante de blindagem
e a carga nuclear efetiva
para o elétron mais externo do nitrogênio (
), mostrando os agrupamentos e os cálculos.
Informações relevantes fornecidas ou que precisamos:
- Número atômico:
. - Configuração eletrônica do nitrogênio (estado fundamental):
. - O elétron mais externo do nitrogênio é um elétron do subnível
(qualquer um dos três ; todos são equivalentes para Slater). - Vamos aplicar as Regras de Slater (o enunciado pediu explicitamente usar essas regras), portanto precisamos agrupar os elétrons e somar suas contribuições de blindagem para obter
, depois calcular .
Passo 2
Resumo didático das Regras de Slater que vamos usar (explicação passo a passo e significado):
- Objetivo das regras: estimar quanto os elétrons internos diminuem a atração nuclear sentida por um elétron em particular — essa redução é a blindagem
. A carga nuclear efetiva é então . - Como agrupar (para um elétron do tipo
ou , que é o nosso caso, pois o elétron é ): - Escrever a configuração organizada por níveis principais: por exemplo
; ; ; etc. - Para o elétron alvo, separar os elétrons em grupos:
- Eletrons no mesmo grupo (mesmo
, ou seja, os outros e aqui): cada um contribui com . - Eletrons no nível
(aqui, ): cada um contribui com . - Eletrons em níveis
e inferiores: cada um contribui com .
- Eletrons no mesmo grupo (mesmo
- Exceção prática: para elétrons
, a contribuição do outro é (não se aplica aqui, mas é bom saber).
- Escrever a configuração organizada por níveis principais: por exemplo
- Fórmula final que usaremos:
onde é a soma das contribuições de todos os outros elétrons segundo os coeficientes acima.
Passo 3
Aplicando as regras ao nitrogênio e agrupando os elétrons (peguei a configuração eletrônica
da Informação do Passo 1):
- Identificar o elétron-alvo: um elétron
. - Eletrons no mesmo nível
(exceto o elétron-alvo): -
: dois elétrons - outros
: há elétrons em no total; ao considerar um elétron como alvo, restam elétrons - Total no mesmo nível (excluindo o elétron-alvo):
elétrons - Cada um desses contribui com
.
-
- Eletrons em
(ou seja, , o grupo ): -
: dois elétrons - Cada um desses contribui com
.
-
- Não há elétrons em níveis
ou inferiores (não aplicável).
Passo 4
Calcular as contribuições numéricas para
:
- Contribuição dos elétrons do mesmo nível (
): - Número de elétrons:
- Coeficiente por elétron:
- Contribuição total:
- Número de elétrons:
- Contribuição dos elétrons em
( ): - Número de elétrons:
- Coeficiente por elétron:
- Contribuição total:
- Número de elétrons:
Passo 5
Somar as contribuições para obter
:
Agora calcular a carga nuclear efetiva:
Interpretação rápida (didática): isso significa que, aproximadamente, cada elétron
“vê” uma carga positiva efetiva de
em direção ao núcleo, porque o restante dos elétrons (os internos e os colegas do mesmo nível) blindam o núcleo por cerca de
unidades de carga.
Passo 6
Dicas rápidas para a prova (empurrãozinho amigo):
- Memorize os coeficientes principais:
(mesmo nível), (nível para ), (níveis mais internos). - Lembre de contar corretamente os elétrons do mesmo nível: inclua tanto
quanto desse nível, menos o elétron em questão. - Se cair 1s como alvo, lembre da exceção
para o outro . - Pratique com oxigênio, carbono e outros vizinhos para ganhar rotina — é sempre o mesmo procedimento.