Carica nucleare efficace

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Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi Effetto di schermo.

La carica nucleare efficace o semplicemente carica efficace (o carica nucleare effettiva, in simboli Z_{\mbox{eff}} o Z*) è la carica di cui realmente risente un elettrone in un atomo polielettronico. Si dice "efficace" perché, a causa dell'effetto di schermo degli altri elettroni degli strati più interni (in inglese core), l'elettrone all'ultimo strato non risente totalmente della carica nucleare.

Solo nell'atomo di idrogeno e nell'atomo di elio, gli elettroni (rispettivamente uno per l'idrogeno e due per l'elio), non essendo schermati da elettroni più interni, risentono di una carica efficace equivalente alla carica nucleare. In tutti gli altri atomi, gli elettroni all'ultimo strato risentono invece di una carica efficace calcolabile mediante l'equazione:

Z^{*} = Z -\ S

dove Z* è la notazione usualmente adottata per indicare la carica nucleare efficace, Z è il numero di protoni e S è il numero medio di elettroni (costante di schermo) tra il nucleo e l'elettrone considerato ed è facilmente calcolabile tenendo conto delle regole di Slater.

Una conseguenza della carica effettiva è rappresentata dalla dimensione del raggio atomico, che aumenta al diminuire della Z* poiché gli elettroni più esterni risultano meno attratti dall'interazione coulombiana con il nucleo e possono quindi starne più distanti.

Andamento nella tavola periodica[modifica | modifica wikitesto]

La carica nucleare efficace è caratteristica di ciascun elemento e, nella tavola periodica degli elementi, aumenta lentamente dall'alto verso il basso esempio ( Z*(LI)=1,3 mentre Z*(Na)=2,22)oppure rimane costante esempio ( Z*(Na)=2,2 e Z*(K)=2,2 ) lungo il gruppo e aumenta da sinistra a destra lungo il periodo (effetto di schermo parziale). La differenza tra effetto schermo completo ed effetto schermo parziale si deduce dalle regole di Slater, che descrivono come minore l'effetto schermo prodotto da elettroni appartenenti allo stesso livello dell'elettrone considerato rispetto al maggiore effetto schermo prodotto da elettroni posti a livelli inferiori. Questo, infatti, si ripercuote anche sulle dimensioni del raggio atomico: lungo i periodi diminuisce (aumenta carica efficace a causa della schermatura parziale), mentre il raggio atomico aumenta lungo i gruppi (la carica efficace aumenta lentamente a causa della schermatura completa ma gli orbitali atomici sono più distanti dal nucleo all'aumentare del numero quantico principale).

Valori[modifica | modifica wikitesto]

Valori aggiornati delle costanti di schermo sono stati forniti da Clementi et al.[1][2]

2p 33.039 34.030 35.003 35.993 36.982 37.972 38.941 39.951 40.940 41.930 42.919 43.909 44.898 45.885 46.873 47.860 48.847 49.835
3s 21.843 22.664 23.552 24.362 25.172 25.982 26.792 27.601 28.439 29.221 30.031 30.841 31.631 32.420 33.209 33.998 34.787 35.576
3p 21.303 22.168 23.093 23.846 24.616 25.474 26.384 27.221 28.154 29.020 29.809 30.692 31.521 32.353 33.184 34.009 34.841 35.668
4s 12.388 13.444 14.264 14.902 15.283 16.096 17.198 17.656 18.582 18.986 19.865 20.869 21.761 22.658 23.544 24.408 25.297 26.173
3d 21.679 22.726 25.397 25.567 26.247 27.228 28.353 29.359 30.405 31.451 32.540 33.607 34.678 35.742 36.800 37.839 38.901 39.947
4p 10.881 11.932 12.746 13.460 14.084 14.977 15.811 16.435 17.140 17.723 18.562 19.411 20.369 21.265 22.181 23.122 24.030 24.957
5s 4.985 6.071 6.256 6.446 5.921 6.106 7.227 6.485 6.640 (empty) 6.756 8.192 9.512 10.629 11.617 12.538 13.404 14.218
4d 15.958 13.072 11.238 11.392 12.882 12.813 13.442 13.618 14.763 15.877 16.942 17.970 18.974 19.960 20.934 21.893
5p   8.470 9.102 9.995 10.809 11.612 12.425

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ E. Clementi, Raimondi, D. L., Atomic Screening Constants from SCF Functions in J. Chem. Phys, vol. 38, nº 11, 1963, pp. 2686–2689, Bibcode:1963JChPh..38.2686C, DOI:10.1063/1.1733573.
  2. ^ E. Clementi, Raimondi, D. L.; Reinhardt, W. P., Atomic Screening Constants from SCF Functions. II. Atoms with 37 to 86 Electrons in Journal of Chemical Physics, vol. 47, 1967, pp. 1300–1307, Bibcode:1967JChPh..47.1300C, DOI:10.1063/1.1712084.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]