Fundamentos de la Carga Nuclear Efectiva y Propiedades Periódicas

Carga nuclear efectiva y apantallamiento

Cuando un electrón es repelido por otro, se produce el fenómeno conocido como apantallamiento. Este efecto disminuye la atracción del núcleo sobre el electrón y condiciona su estado dentro del átomo.

Por ejemplo, en el átomo de helio, tenemos dos electrones en el orbital 1s. Si ambos fueran atraídos de la misma forma, su energía debería ser idéntica, pero esto no es lo que ocurre experimentalmente:

• Para arrancar el primer electrón se necesita una energía de 2.373 kJ/mol.
• Para arrancar el segundo electrón se requieren 5.248 kJ/mol.

Esto revela que el primer electrón está menos atraído por el núcleo debido a la repulsión del otro electrón.

El concepto de carga nuclear efectiva

El apantallamiento ocurre cuando los electrones se repelen entre sí, provocando que cada electrón perciba una menor atracción del núcleo. Por ello, se define la carga nuclear efectiva ($Z_{ef}$), que representa la atracción real que siente un electrón específico.

En el caso del helio, el primer electrón está “protegido” por el otro, mientras que el segundo, al quedar solo, siente toda la fuerza del núcleo, lo que explica por qué su energía de ionización es significativamente mayor.

Radio atómico

El radio atómico se define como la distancia entre los núcleos de dos átomos iguales unidos:

• En los metales, se toma como la mitad de la distancia entre núcleos de átomos adyacentes en su estructura.
• En los no metales, se mide como la mitad de la distancia entre átomos unidos por enlaces covalentes.

Tendencias en la tabla periódica

• En un período: Al aumentar el número atómico, la carga nuclear efectiva sobre los electrones externos aumenta mientras los niveles electrónicos se mantienen; por tanto, los electrones se atraen más y el radio disminuye.
• En un grupo: La carga nuclear efectiva es similar, pero al descender aumenta el número de niveles electrónicos, provocando que el radio aumente.

Comportamiento de los iones

• Cationes: Tienen un menor radio que el átomo neutro, ya que al perder electrones, la atracción del núcleo sobre los restantes es mayor.
• Aniones: Tienen un mayor radio que el átomo neutro, debido a que ganar electrones aumenta el apantallamiento y aleja los electrones del núcleo.

Electronegatividad

La electronegatividad es la tendencia de un átomo a atraer electrones de otros átomos con los que está enlazado. El flúor es el elemento más electronegativo, con un valor de 4.0.