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Departamento de Química – ICEx – UFMG Química Geral Carga Nuclear Efetiva (Zef) Regras de Slater Para determinar a carga nuclear efetiva, os elétrons são divididos em grupos: (1s); (2s, 2p); (3s, 3p); (3d); (4s, 4p); (4d); (4f); (5s, 5p); (5d); (5f)... Para qualquer elétron de um dado grupo, a constante de blindagem é a soma das seguintes parcelas: a) zero para qualquer grupo exterior ao grupo do elétron considerado; b) 0,35 para cada um dos outros elétrons do mesmo grupo que o elétron considerado, exceto no grupo (1s), onde o valor de contribuição é de 0,30; c) se o elétron considerado pertencer a um grupo (ns, np), cada elétron do nível (n-1) contribui com 0,85 e cada elétron dos níveis mais internos contribui com 1,00; d) se o elétron considerado pertencer a um grupo (nd) ou (nf), cada elétron dos grupos mais internos contribui com 1,00. Com base nas regras de Slater e nos seus conhecimentos sobre o assunto, resolva os exercícios abaixo. 1) Calcule a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo de cada um destes elementos: a) 5B b) 6C c) 7N d) 8O e) 9F a) B5: 1s 2 2s 2 2p 1 c) N7: 1s 2 2s 2 2p 3 e) F9: 1s 2 2s 2 2p 5 2) Calcule a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo de cada um destes elementos: a) 4Be c) 14Si e) 32Ge g) 50Sn i) 63Eu b) 12Mg d) 20Ca f) 38Sr h) 56Ba j) 82Pb e) 32Ge: (1s 2 )(2s 2 2p 6 )(3s 2 3p 6 )(3d 10 )(4s 2 4p 2 ) h) 56Ba: (1s 2 )(2s 2 2p 6 )(3s 2 3p 6 )(3d 10 )(4s 2 4p 6 )(4d 10 )(5s 2 5p 6 )(6s 2 ) i) 63Eu: (1s 2 )(2s 2 2p 6 )(3s 2 3p 6 )(3d 10 )(4s 2 4p 6 )(4d 10 )(4f 7 )(5s 2 5p 6 )(6s 2 ) 3) Faça o que se pede. a) Calcule a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo dos elementos rubídio e césio. 37Rb: (1s 2 )(2s 2 2p 6 )(3s 2 3p 6 )(3d 10 )(4s 2 4p 6 )(5s 1 ) 55Cs: (1s 2 )(2s 2 2p 6 )(3s 2 3p 6 )(3d 10 )(4s 2 4p 6 )(4d 10 )(5s 2 5p 6 )(6s 1 ) b) Calcule a carga nuclear efetiva para o elétron mais externo do potássio. 19K: (1s 2 )(2s 2 2p 6 )(3s 2 3p 6 )(4s 1 ) c) Calcule a carga nuclear efetiva para um elétron dos orbitais 2s, 3s e 3p do potássio. 2s → 3s → 3p → 4) Analisando seus cálculos do item anterior e seus conhecimentos sobre propriedades periódicas, julgue como verda- deira ou falsa cada uma das seguintes sentenças. Justifique as falsas. a) (V) É possível observar que as cargas nucleares efetivas de dois elementos de um mesmo grupo da Tabela Peri- ódica tendem a um mesmo valor. b) (F) A carga nuclear efetiva independe do subnível em que se encontra o elétron considerado, dependendo, por- tanto, apenas do nível eletrônico do mesmo. c) (V) Quanto mais próximo um elétron está do núcleo, menor deve ser a blindagem sobre ele e, por isso, maior a carga nuclear efetiva. d) (F) Uma vez que os elétrons externos ao elétron considerado não exercem blindagem sobre o mesmo, para quaisquer elementos químicos, um elétron de mesmo orbital tem sempre a mesma carga nuclear efetiva. b) A carga nuclear efetiva é a carga nuclear observada em um elétron levando em conta a blindagem sofrida por ou- tros elétrons. Como cada orbital acomoda diferentes números de elétrons, a depende do nível e subnível do elé- tron considerado. d) Apesar de elétrons externos ao elétron considerado não exercerem blindagem sobre ele, diferentes elementos quí- micos apresentam diferentes valores de carga nuclear efetiva para elétrons de um mesmo orbital por apresentarem diferentes números atômicos. 5) Leia o trecho: “(...) pode-se calcular a energia do orbital 1s, que é exatamente a energia de ionização do átomo de hidrogênio. Ob- serva-se que a energia de ionização está relacionada com o fator . Como a carga nuclear (ou seja, o número atômico ) aumenta mais rapidamente que o número quântico principal ( ), esperaríamos um aumento contínuo do potencial de ionização, ou seja, a energia necessária para retirar um elétron do átomo. Entretanto, se observarmos a energia de ionização dos átomos de hidrogênio e lítio ( e , respectivamente), verifica- remos ocorrer a diminuição da energia.” DUARTE, H. A. Carga nuclear efetiva e sua consequência para a compreensão da estrutura eletrônica dos átomos. Química Nova na Escola, n. 17, mai. 2003. Disponível em: <http://qnesc.sbq.org.br/online/qnesc17/a06.pdf>. Acesso em: 04 out. 2011. Com base em seus conhecimentos sobre carga nuclear efetiva e propriedades periódicas, proponha uma razão para a diminuição da energia de ionização citada no texto. Essa diferença de energia de ionização é causada por dois fatores: o elétron alocado no subnível 2s do lítio sofre blin- dagem pelos elétrons do subnível 1s e, além disso, ele se encontra mais afastado do núcleo, pois o raio atômico do hidrogênio é menor que do lítio. Essas duas razões deixam o elétron do lítio “mais livre” para ser retirado que o único elétron do hidrogênio. Referências e bibliografia recomendada: ATKINS, P., JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. – 3ed. – Porto Alegre : Bookman, 2006. BROWN, T.L., LEMAY, H.E., BURSTEN, B.E., BURDGE, J.R. Química: a ciência central. – 9ed. – São Paulo : Pearson Prentice Hall, 2005. KOTZ, J.C., TREICHEL, P.M., WEAVER, G.C. Química geral e reações químicas. – 6ed. – São Paulo : Cengage Learning, 2009. Vol. 1.
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