CHARGE NUCLÉAIRE EFFICACE DE POTASSIUM: QU'EST-CE QUE C'EST ET EXEMPLES - CHIMIE - 2025

La charge nucléaire effective de potassium est de +1. La charge nucléaire effective est la charge positive totale perçue par un électron appartenant à un atome avec plus d'un électron. Le terme «efficace» décrit l'effet de blindage que les électrons exercent à proximité du noyau, de leur charge négative, pour protéger les électrons des orbitales supérieures.

Cette propriété est directement liée à d'autres caractéristiques des éléments, telles que leurs dimensions atomiques ou leur disposition à former des ions. De cette manière, la notion de charge nucléaire effective permet de mieux comprendre les conséquences de la protection présente sur les propriétés périodiques des éléments.

De plus, dans les atomes qui ont plus d'un électron - c'est-à-dire dans les atomes polyélectroniques - l'existence du blindage des électrons produit une diminution des forces d'attraction électrostatiques existant entre les protons (particules chargées positivement) du noyau de l'atome. et les électrons aux niveaux extérieurs.

En revanche, la force avec laquelle les électrons se repoussent dans les atomes polyélectroniques contrecarre les effets des forces d'attraction exercées par le noyau sur ces particules de charge opposée.

Quelle est la charge nucléaire effective?

Lorsqu'il s'agit d'un atome qui n'a qu'un seul électron (type hydrogène), cet électron unique perçoit la charge positive nette du noyau. Au contraire, lorsqu'un atome a plus d'un électron, il subit l'attraction de tous les électrons externes vers le noyau et, simultanément, la répulsion entre ces électrons.

En général, on dit que plus la charge nucléaire effective d'un élément est importante, plus les forces d'attraction entre les électrons et le noyau sont importantes.

De même, plus cet effet est important, plus l'énergie appartenant à l'orbitale où se trouvent ces électrons extérieurs est faible.

Pour la plupart des éléments principaux du groupe (également appelés éléments représentatifs), cette propriété augmente de gauche à droite, mais diminue de haut en bas dans le tableau périodique.

Pour calculer la valeur de la charge nucléaire effective d'un électron (Z _eff ou Z *), l'équation suivante proposée par Slater est utilisée:

Z * = Z - S

Z * fait référence à la charge nucléaire effective.

Z est le nombre de protons présents dans le noyau de l'atome (ou le numéro atomique).

S est le nombre moyen d'électrons qui se trouvent entre le noyau et l'électron étudié (nombre d'électrons qui ne sont pas de valence).

Charge nucléaire efficace de potassium

Cela implique que, ayant 19 protons dans son noyau, sa charge nucléaire est de +19. Comme nous parlons d'un atome neutre, cela signifie qu'il a le même nombre de protons et d'électrons (19).

Dans cet ordre d'idées, la charge nucléaire effective de potassium est calculée par une opération arithmétique, en soustrayant le nombre d'électrons internes de sa charge nucléaire comme exprimé ci-dessous:

(+19 - 2 - 8 - 8 = +1)

En d'autres termes, l'électron de valence est protégé par 2 électrons du premier niveau (le plus proche du noyau), 8 électrons du deuxième niveau et 8 électrons supplémentaires du troisième et de l'avant-dernier niveau; c'est-à-dire que ces 18 électrons exercent un effet de blindage qui protège le dernier électron des forces exercées par le noyau sur lui.

Comme on peut le voir, la valeur de la charge nucléaire effective d'un élément peut être établie par son indice d'oxydation. Il est à noter que pour un électron spécifique (à tout niveau d'énergie), le calcul de la charge nucléaire effective est différent.

Exemples de charge nucléaire efficace de potassium expliqués

Voici deux exemples pour calculer la charge nucléaire effective perçue par un électron de valence donné sur un atome de potassium.

- Tout d'abord, sa configuration électronique s'exprime dans l'ordre suivant: (1 s) (2 s, 2 p) (3 s, 3 p) (3 d) (4 s, 4 p) (4 d) (4 f) (5 s, 5 p), etc.

- Aucun électron à droite du groupe (ns, np) ne contribue au calcul.

- Chaque électron du groupe (ns, np) contribue à 0,35. Chaque électron du niveau (n-1) contribue à 0,85.

- Chaque électron de niveau (n-2) ou inférieur contribue à 1,00.

- Lorsque l'électron protégé est dans un groupe (nd) ou (nf), chaque électron d'un groupe à gauche du groupe (nd) ou (nf) contribue 1,00.

Ainsi, le calcul commence:

Premier exemple

Dans le cas où le seul électron dans la coquille la plus externe de l'atome est dans l'orbitale 4 s, sa charge nucléaire effective peut être déterminée comme suit:

(1 s ²) (2 s ² 2 p ⁵) (3 s ² 3 p ⁶) (3 d ⁶) (4 s ¹)

Le nombre moyen d'électrons n'appartenant pas au niveau le plus externe est alors calculé:

S = (8 x (0,85)) + (10 x 1,00)) = 16,80

En prenant la valeur de S, nous procédons au calcul de Z *:

Z * = 19,00 - 16,80 = 2,20

Deuxième exemple

Dans ce deuxième cas, le seul électron de valence est dans l'orbitale 4 s. Sa charge nucléaire effective peut être déterminée de la même manière:

(1 s ²) (2 s ² 2 p ⁶) (3 s ² 3 p ⁶) (3 d ¹)

Encore une fois, le nombre moyen d'électrons sans valence est calculé:

S = (18 x (1,00)) = 18,00

Enfin, avec la valeur de S, on peut calculer Z *:

Z * = 19,00 - 18,00 = 1,00

conclusion

En comparant les résultats précédents, on peut observer que l'électron présent dans l'orbitale 4 s est attiré vers le noyau de l'atome par des forces supérieures à celles qui attirent l'électron situé dans l'orbitale 3 d. Par conséquent, l'électron dans l'orbitale 4 s a une énergie inférieure à celle de l'orbitale 3 d.

Ainsi, on en conclut qu'un électron peut être situé dans l'orbitale 4 s dans son état fondamental, tandis que dans l'orbitale 3 d il est dans un état excité.

Références

1. Wikipédia. (2018). Wikipédia. Récupéré de en.wikipedia.org
2. Chang, R. (2007). Chimie. Neuvième édition (McGraw-Hill).
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4. Facer. G. (2015). Edexcel A Level Étudiant en chimie de George Facer - Livre 1. Récupéré de books.google.co.ve
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