Calculadora de carga nuclear efectiva
Escribe el símbolo o el número atómico de un elemento. La calculadora escribe su configuración electrónica fundamental, aplica las reglas de Slater y muestra la carga nuclear efectiva que siente el electrón más externo, la constante de apantallamiento y la Zef de un electrón en cada grupo ocupado, desde el 1s hacia fuera.
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Cómo usarla
- Escribe un símbolo (Zn, fe, Cl) o un número atómico (30).
- Lee la Zef del electrón más externo y la constante de apantallamiento que la explica.
- Más abajo tienes la Zef de un electrón en cada grupo interno; crece hacia la capa 1s.
Reglas de Slater
Escribe la configuración en los grupos de Slater: (1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) (5d) (6s, 6p). Para el electrón que te interesa:
- Electrón s o p: 0,35 por cada otro electrón del mismo grupo (0,30 para el otro electrón 1s), 0,85 por cada electrón con número cuántico principal n − 1 y 1,00 por cada electrón de las capas n − 2 e inferiores.
- Electrón d o f: 0,35 por cada otro electrón del mismo grupo y 1,00 por cada electrón de los grupos a su izquierda.
- Los electrones de grupos a la derecha no apantallan. Después, Zef = Z − S.
Ejemplo resuelto
Hierro, Z = 26, configuración 1s² 2s² 2p⁶ 3s² 3p⁶ 3d⁶ 4s².
- Un electrón 4s: otro electrón 4s (0,35), 14 electrones en la capa 3 (14 × 0,85 = 11,9) y 10 en las capas 1–2 (10). S = 22,25, Zef = 3,75.
- Un electrón 3d: otros cinco electrones 3d (5 × 0,35 = 1,75) y 18 electrones a la izquierda (18). S = 19,75, Zef = 6,25.
Nitrógeno, Z = 7: un electrón 2p está apantallado por otros cuatro electrones de n = 2 (1,4) y dos electrones 1s (1,7), así que Zef = 7 − 3,1 = 3,9.
Consejos
- Mismo grupo, misma Zef. En el esquema de Slater los electrones 2s y 2p sienten la misma Zef; es una simplificación de las reglas.
- Aproximado por diseño. Las reglas de Slater son una estimación rápida; los valores calculados de Clementi y Raimondi difieren algo.
- Solo átomos neutros. La calculadora trabaja con átomos neutros; para un ion, quita o añade electrones a mano y aplica las mismas reglas.
Preguntas frecuentes
¿Qué es la carga nuclear efectiva?
Es la carga positiva neta que siente realmente un electrón, Zef = Z − S. La carga nuclear completa Z queda en parte compensada, o apantallada, por los demás electrones, sobre todo por los más cercanos al núcleo. La Zef explica por qué los átomos se contraen a lo largo de un periodo y por qué sube la energía de ionización.
¿Qué son las reglas de Slater?
Una receta para la constante de apantallamiento S. Se agrupan los orbitales como (1s) (2s, 2p) (3s, 3p) (3d) (4s, 4p) (4d) (4f) (5s, 5p) … Para un electrón s o p, cada otro electrón de su grupo suma 0,35 (0,30 en el 1s), cada electrón de la capa n − 1 suma 0,85 y cada electrón más interno suma 1,00. Para un electrón d o f, los demás de su grupo suman 0,35 y todo lo que está a su izquierda suma 1,00. Los electrones a la derecha no apantallan.
¿Por qué un electrón 4s del zinc siente solo unos +4,35?
El zinc tiene Z = 30. El otro electrón 4s apantalla 0,35, los 18 electrones de la capa 3 apantallan 0,85 cada uno (15,3) y los 10 de las capas 1 y 2 apantallan del todo (10). S = 25,65 y Zef = 30 − 25,65 = 4,35. Sus electrones 3d, más internos, sienten 8,85.
¿Tiene en cuenta elementos como el cromo y el cobre?
Sí. Las configuraciones siguen el orden de llenado (Aufbau) con las excepciones conocidas hasta el radón, como Cr 3d⁵ 4s¹, Cu 3d¹⁰ 4s¹, Pd 4d¹⁰, Ag, Pt y Au, y La, Ce y Gd con un electrón 5d.