Cages
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Cages ha chiesto in Matematica e scienzeChimica · 9 anni fa

Domanda Carica Nucleare efficace?

Mi spiegate in maniera comprensibile e semplice, cos'è la carica nucleare efficace e come varia nella tavola periodica?? grazie!!

1 risposta

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  • 9 anni fa
    Risposta preferita

    Non è facile rispondere a questo domanda prchè richiede un lungo discorso. Vedo se riesco a riassumerlo.

    L’equazione d’onda di Schroedinger è esattamente risolvibile anche per atomi idrogenoidi, che sono ioni monoatomici costituiti da un nucleo di carica +Ze e da un solo elettrone (per esempio, He+, Li2+, Be3+ ecc.). Nel caso degli atomi polielettronici, invece, il problema è molto più complesso perché occorre tenere anche conto delle repulsioni che si manifestano tra i vari elettroni, che tra l’altro sono in continuo movimento. Per semplificare il trattamento sono stati sviluppati metodi approssimati che hanno portato all’elaborazione di un’equazione d’onda del tutto simile a quella dell’atomo di idrogeno e degli atomi idrogenoidi, ma che al posto della carica nucleare portata da Z protoni, +Ze, fa uso di una carica elettrica più bassa, nota come carica nucleare effettiva o efficace, +Zeffe. Il valore di questa carica tiene conto del fatto che gli elettroni presenti in un atomo polielettronico esercitano un’azione di schermo sulla carica del nucleo atomico, per cui un qualsivoglia elettrone nell’atomo è mediamente sottoposto a un campo coulombiano effettivo più debole di quello creato dalla carica di Z protoni. L’introduzione della carica nucleare effettiva Zeffe nell’equazione d’onda di Schroedinger conduce a un’equazione del tutto simile a quella dell’atomo di idrogeno ed è matematicamente risolvibile. Gli orbitali atomici risultanti sono simili a quelli ottenuti per l’atomo di idrogeno, con forme matematiche analoghe e uguali valori dei numeri quantici n, l e ml.

    La più importante conseguenza della presenza di più elettroni in un atomo è che le energie (livelli energetici) degli orbitali che vengono via via occupati dagli elettroni non dipendono dal solo numero quantico principale n, bensì crescono al crescere della somma n+l, e che per orbitali con uguale valore di n+l il più stabile (a più bassa energia o livello energetico) è quello con il numero quantico principale n più basso.

    Di conseguenza l’ordine di stabilità degli elettroni collocati negli orbitali di un atomo polielettronico è il seguente:

    1s > 2s > 2p > 3s > 3p > 4s  3d > 4p > 5s > 4d > 5p > 6s > 5d  4f > 6p

    La carica nucleare effettiva è data dalla differenza tra la carica elettrica del nucleo, Z, che in queste unità coincide con il numero atomico dell’atomo, e un parametro, chiamato costante di schermo S, che è una misura della capacità degli elettroni di schermare la carica elettrica del nucleo.

    Zeff  Z – S

    Il valore della costante di schermo, S, dipende dal numero di elettroni presenti nell’atomo e dal tipo di orbitali che questi occupano. A sua volta l’efficacia dell’azione schermante dipende anche dall’orbitale in cui si trova l’elettrone in esame. Molto qualitativamente si può dire che elettroni in orbitali molto interni (con valori bassi di n) hanno un effetto schermante pressoché totale,

    nel senso che ciascuno di essi neutralizza in modo pressoché completo una carica positiva unitaria del nucleo atomico. In realtà, come detto sopra, l’effetto schermante degli elettroni dipende anche dal tipo di orbitale in cui è collocato l’elettrone che si sta considerando. Per un dato valore di n gli elettroni contenuti negli orbitali ns (l  0) sono quelli sui quali l’azione schermante degli altri elettroni ha minore effetto, per cui sentono la più alta carica nucleare effettiva di tutta la serie di orbitali di uguale n e vengono maggiormente stabilizzati. A questi seguono, con una minore stabilizzazione, gli orbitali np (l  1), quindi gli orbitali nd (l  2) e infine gli orbitali nf (l  3) sui quali l’effetto schermante degli elettroni interni è pressoché totale nel senso che ciascuno di essi neutralizza in modo pressoché completo una carica positiva unitaria del nucleo atomico. In realtà, come detto sopra, l’effetto schermante degli elettroni dipende anche dal tipo di orbitale in cui è collocato l’elettrone che si sta considerando. Per un dato valore di n gli elettroni contenuti negli orbitali ns (l  0) sono quelli sui quali l’azione schermante degli altri elettroni ha minore effetto, per cui sentono la più alta carica nucleare effettiva di tutta la serie di orbitali di uguale n e vengono maggiormente stabilizzati. A questi seguono, con una minore stabilizzazione, gli orbitali np (l  1), quindi gli orbitali nd (l  2) e infine gli orbitali nf (l  3) sui quali l’effetto schermante degli elettroni interni è pressoché totale. Infine, negli atomi polielettronici la carica nucleare effettiva condiziona anche la distanza alla quale c’è la massima probabilità di trovare l’elettrone in un orbitale atomico: per orbitali con lo stesso numero quantico principale n tale distanza diminuisce all’aumentare della carica nucleare

    Io non so fare di meglio. Il discorso come dicevo è lungo e complesso e forse vale la pena di prendere un buon libro e leggere li i paragrafi che discutono questi punti

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