Par Rosann Kozlowski
6 juin 2023 à 23 h 44 HNE

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La charge nucléaire effective est la charge positive nette subie par les électrons de valence d'un atome multiélectronique après prise en compte de l'effet de protection des électrons internes. Au cours d'une période, la charge augmente, tandis qu'en bas d'un groupe, elle diminue généralement.

Formule de charge nucléaire efficace

Pour un seul électron, la relation est exprimée comme :

\(Z_{eff} =Z – S\)

• Z – le numéro atomique (total des protons dans le noyau)
• S – la constante de blindage, représentant la densité électronique moyenne qui réduit l'attraction nucléaire
• Z_eff – la charge nucléaire effective ressentie par l'électron

Calcul de la charge nucléaire effective

Déterminer Z et S nécessite une compréhension claire de la configuration électronique et de l’application des règles de Slater pour quantifier le blindage. Vous trouverez ci-dessous une procédure pratique étape par étape.

Étape 1 :Identifiez le numéro atomique (Z)

Localisez l'élément sur un tableau périodique pour obtenir son numéro atomique. Par exemple, le sodium (Na) a un numéro atomique de 11.

Étape 2 :Écrire la configuration électronique

Exprimez la configuration en utilisant la séquence de regroupement standard :\\((1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d), (4f), (5s, 5p), (5d), (5f) …\\

Pour le sodium :

\(\text{Na:} (1s^2)(2s^2,2p^6)(3s^1)\)

Ici, l'exposant indique le nombre d'électrons dans chaque sous-couche. L'électron de valence d'intérêt est l'électron unique 3s.

Étape 3 :Attribuer des valeurs de protection à l'aide des règles de Slater

• Les électrons à droite de l'électron d'intérêt contribuent à 0 au blindage.
• Les électrons du même groupe (même nombre quantique principal et même type de sous-couche) contribuent à hauteur de 0,35 chacun.
• Pour les électrons d'intérêt s ou p :
• Les électrons situés une couche en dessous contribuent à hauteur de 0,85 chacun.
• Les électrons situés au-dessous d'au moins deux coques contribuent à hauteur de 1,00 chacun.
• Pour les électrons d ou f d'intérêt, tous les autres électrons contribuent à hauteur de 1,00 chacun.

En appliquant ceci à l'électron 3s du sodium :

• Côté droit :0
• Même groupe (aucun) :0
• Coque 2 (8 électrons) :8 × 0,85 =6,80
• Coquille 1 (2 électrons) :2 × 1,00 =2,00
• Shell 3 (aucun) :0

Somme des constantes de blindage :8,80 .

Étape 4 :Calculer Z_eff

Insérez les valeurs dans la formule :

\(Z_{eff} =11 – 8,80 =2,20\)

Ainsi, la charge nucléaire effective agissant sur l’électron de valence du sodium est de 2,20. Cette valeur peut être utilisée pour prédire les énergies d'ionisation, les rayons atomiques et d'autres propriétés électroniques.

Application de la méthode à d'autres éléments

La même procédure fonctionne pour les cations, les anions et tout élément dont la configuration électronique est connue. L'enregistrement précis du nombre de protons et d'électrons garantit une estimation fiable de la charge nucléaire effective.