Efecto de apantallamiento

Definición del efecto de apantallamiento

Empecemos por ver la definición de efecto de apantallamiento.

Entonces, ¿qué entendemos exactamente por "apantallamiento"? Aquí tienes un diagrama básico de un átomo:

Los electrones del núcleo (azul claro) protegen a los electrones de valencia (azul oscuro) de parte de la carga del núcleo. StudySmarter Original

Los distintos anillos representan diferentes niveles de energía. Los electrones en azul claro son los electrones del núcleo, es decir, todos los electrones que no están en la capa externa. Los electrones en azul oscuro son los electrones de valencia , que son los electrones de la capa exterior, y también son los electrones que participan en el enlace.

Los electrones van a repeler a otros electrones, así que cuando estos electrones orbiten alrededor del núcleo, sentirán un ligero "empujón". Sin embargo, el núcleo sigue "tirando" de ellos. El "empuje" de los electrones del núcleo anula el "tirón" del núcleo, como en un tira y afloja.

Fórmula del efecto de apantallamiento

La forma en que representamos el apantallamiento es utilizando la fórmula del efecto de apantallamiento para _Zeff.

Así pues,_Zeff, es la "atracción" neta que siente nuestro electrón. Normalmente, sólo nos importa el,_Zeff, de los electrones de valencia, pero los electrones de niveles energéticos inferiores siguen experimentando el efecto de apantallamiento. Veamos un ejemplo:

Ahora sabemos que el_Zeff de un electrón de valencia en el flúor es 7. ¿Qué significa eso exactamente? Para entenderlo mejor, veamos otro ejemplo:

Así pues, el_Zeff del berilio es 2, y es 7 para el flúor. Esto está relacionado con su carga y la forma en que se enlazan. La carga del ion más común del berilio, el catión berilio, es +2, lo que significa que puede perder 2 electrones. Sin embargo, la carga del ion más común del flúor, el anión flúor, tiene una carga de -1, por lo que quiere ganar 1 electrón para llenar su octeto (la capa más externa puede contener 8 electrones).

El núcleo del flúor ejerce una mayor atracción sobre sus electrones de valencia, por lo que esos electrones quieren quedarse donde están y ganar un electrón, mientras que el berilio ejerce una atracción más débil, por lo que es más probable que se vayan.

La magnitud de_Zeff está relacionada con la "fuerza" con la que el núcleo tira de esos electrones. Cuanto más fuerte sea la atracción, más probable es que esos electrones se queden.

Basándonos en nuestros ejemplos anteriores, vemos que a medida que avanzas por la tabla periódica,_Zeff es mayor. Esto se debe a que estos elementos tienen el mismo número de electrones en el núcleo (es decir, el mismo efecto de apantallamiento), pero_Zeff es cada vez mayor. A medida que se atraviesa la tabla periódica, sólo se añaden electrones de valencia, que no son muy eficaces en el apantallamiento, ya que se encuentran en el mismo nivel de energía.

Efecto de apantallamiento en el radio atómico

El efecto de apantallamiento desempeña un papel importante en la determinación del radio atómico. Cuanto mayor sea el "agarre" del núcleo sobre sus electrones, menor será el radio atómico. A medida que te desplazas por la tabla, el radio se hace más pequeño. Como vimos con el berilio y el flúor,_Zeff aumenta, por lo que aumenta el "agarre". Como la fuerza de atracción del núcleo es mayor, los electrones se mantienen más juntos, lo que significa que el radio atómico se hace más pequeño.

Cuando descendemos (de arriba abajo) en la tabla periódica, el radio atómico aumenta. A medida que se añaden más niveles de energía, la distancia entre los electrones más externos y el núcleo se hace cada vez mayor. El efecto de apantallamiento aumenta debido a los electrones adicionales.

Factores que afectan al efecto de apantallamiento

Ahora bien, la ecuación que hemos estado utilizando para_Zeff es útil para mostrar las diferencias entre elementos del mismo periodo, pero en realidad no cuenta toda la historia. El_Zeff real también depende de la penetración de los electrones.

Según el orbital en el que se encuentre un electrón, la probabilidad de que el electrón se encuentre a una determinada distancia del núcleo se basa en las curvas anteriores (los datos son para el hidrógeno). StudySmarter Original.

"Probabilidad radial" no es más que una palabra elegante para decir "qué probabilidad hay de que un electrón esté aquí". Así, por ejemplo, si un electrón está en el orbital 1s, es muy probable que esté cerca del núcleo. Como es probable que un electrón 2s esté más lejos, estará protegido por los electrones 1s. Para electrones en el mismo nivel de energía, el poder de penetración es el siguiente \(s\gt p\gt d\approx f\)

Para distintos niveles de energía y tipo de orbital, sigue este patrón

$$ 1s\gt 2s\gt 2p\gt 3s\gt 3p\gt 4s\gt 3d\gt 4p \gt 5s\gt 4d\gt 5p\gt 6s\gt 4f .... $$

Comparemos ahora el_Zeff real del flúor con el que hemos calculado antes. Para los electrones 1s,_Zeff = 8,65, para los 2s_Zeff = 5,13, y para los 2p_Zeff = 5,10. Por tanto, es bastante diferente del_Zeff que calculamos antes, que era 7 para el flúor. Nuestros cálculos anteriores trataban todos los electrones como "iguales", lo que no es realmente el caso. Calculamos estos otros_Zeff basándonos en las Reglas de Slater .

Reglas de Slater

Las reglas de Slater se utilizan para calcular_Zeff teniendo en cuenta la penetración de los electrones. Estas reglas son las siguientes Para electrones de orbitales s- y p-:

• electrones dentro del mismo grupo apantallan 0,35 (excepto 1s, que es 0,30)

• electrones dentro del grupo n-1 apantallan 0,85

• electrones dentro del escudo del grupo n-2 o inferior 1,00

Para los electrones de los orbitales d- y f-:

• electrones dentro del mismo grupo apantallan 0,35
• electrones en todos los demás niveles inferiores apantallan 1,00

Estas reglas se utilizan para calcular la constante de apantallamiento adecuada (S), y luego la introduciremos en nuestra ecuación anterior

.

Antes de trabajar en un problema práctico, te refrescaremos rápidamente la configuración electrónica.

Dependiendo de dónde se encuentre un elemento en la tabla periódica, sus electrones llenarán los orbitales etiquetados moviéndose de izquierda a derecha. StudySmarter Original.

Llenas los orbitales empezando de derecha a izquierda hasta llegar al elemento que estás viendo. El nivel de energía equivale al periodo para los orbitales s y p. Para los orbitales d es n-1, y para los orbitales f es n-2. Cada suborbital puede contener 2 electrones, los orbitales s tienen 1 suborbital, los orbitales p tienen 3, los orbitales d tienen 5 y los orbitales f tienen 7. Así, por ejemplo, F tiene una configuración electrónica de ^1s22s22p5.

Para comparar, si tratáramos a cada electrón del núcleo con el mismo "peso",_Zeff sería 7. Así pues, el efecto de apantallamiento es en realidadmás fuerte si tenemos en cuenta estas reglas.