Qual é a carga nuclear eficaz?

A carga nuclear efetiva é a força atrativa dos prótons no núcleo de um átomo em um elétron, depois que a força repulsiva dos elétrons do átomo é fatorada. O valor numérico dessa carga é encontrado através da fórmula matemática simples, Z (efetivo) = ZS, onde Z é a carga positiva e S é o número de elétrons nos orbitais totalmente ocupados. Em átomos neutros, a carga nuclear efetiva é igual ao número de elétrons no orbital mais externo, chamados elétrons de valência.

Nos átomos, todos os prótons têm uma carga positiva de um. Um átomo se distingue de outros átomos pelo número de prótons que possui, embora o número de nêutrons possa variar entre diferentes átomos do mesmo tipo, e alguns átomos do mesmo tipo possam ter íons com mais ou menos elétrons em órbita. A carga positiva total de um átomo é o número de seus prótons, que também é o número atômico do átomo, como mostrado na tabela periódica dos elementos. O primeiro passo para determinar a carga nuclear efetiva de um átomo é determinar sua carga positiva total, o que pode ser realizado consultando o número atômico do átomo.

Os elétrons são atraídos para o núcleo do átomo e são encontrados em orbitais que se enchem de maneira previsível. O primeiro orbital pode conter apenas dois elétrons. Cada um dos orbitais subsequentes contém oito elétrons quando cheios. Em circunstâncias normais, e com o objetivo de encontrar a carga nuclear efetiva de um átomo, os elétrons ocuparão o orbital mais próximo do núcleo que puderem.

Os orbitais totalmente ocupados neutralizam a mesma quantidade de carga positiva, pois contêm carga negativa. Por exemplo, um átomo com 12 prótons e 12 elétrons, que é um átomo neutro, perderá 2 cargas positivas do primeiro orbital totalmente ocupado e 8 cargas positivas do segundo. Os outros dois elétrons no terceiro orbital não afetam a carga nuclear efetiva do átomo, que neste caso seria 12 menos 10 ou 2.

Na maioria dos casos, a equação simplificada é suficiente para descobrir a carga nuclear efetiva de um átomo. Versões mais complexas da equação levam em consideração a pequena carga negativa dos elétrons de valência, que é considerada insignificante para a maioria dos propósitos. Os íons também terão uma carga nuclear efetiva que se desvia um pouco da equação padrão, pois a adição de um elétron extra ao orbital externo o tornará um pouco menos positivo, e a perda de um elétron aumentará a atração positiva do átomo.