¿Qué es la carga nuclear efectiva?
La carga nuclear efectiva (Zef) es la carga positiva neta que realmente percibe un electrón concreto dentro de un átomo polielectrónico. Aunque el núcleo posee una carga total igual al número atómico Z, los electrones internos "apantallan" en parte a los electrones más externos, debilitando esa atracción. Esta calculadora obtiene Zef mediante la sencilla relación \(Z_{\text{ef}} = Z - S\), donde S es la constante de apantallamiento (o de pantalla).
Cómo usar la calculadora
Introduce el número atómico Z del elemento (por ejemplo, 11 para el sodio) y la constante de apantallamiento S correspondiente al electrón que te interesa. El valor de S suele estimarse con las reglas de Slater. La calculadora te devuelve al instante Zef, la carga efectiva que siente ese electrón. Cuanto mayor es Zef, con más fuerza queda retenido el electrón, lo que se asocia a un radio atómico menor y a una energía de ionización más alta.
La fórmula explicada
La ecuación de partida es $$Z_{\text{ef}} = Z - S$$ Z es un número entero igual al número de protones. S tiene en cuenta la repulsión de los demás electrones: los electrones del núcleo interno apantallan con fuerza, los de la misma capa apantallan parcialmente y los de capas más externas prácticamente no contribuyen. Las reglas de Slater proporcionan valores sistemáticos de S, de modo que la precisión de Zef depende de la estimación de apantallamiento que elijas.
Ejemplo resuelto
Tomemos un electrón de valencia 3s del sodio (Z = 11). Aplicando las reglas de Slater, la constante de apantallamiento es aproximadamente S = 8,8. Entonces $$Z_{\text{ef}} = 11 - 8{,}8 = 2{,}2$$ Es decir, el electrón de valencia del sodio percibe una carga efectiva de unos +2,2, muy inferior a la carga nuclear total de +11.
Preguntas frecuentes
¿Por qué Z_ef es menor que Z? Porque los electrones internos bloquean en parte la atracción entre el núcleo y un electrón externo, reduciendo la carga que ese electrón realmente nota.
¿De dónde saco la constante de apantallamiento S? Lo más habitual es calcularla con las reglas de Slater, que asignan las contribuciones de apantallamiento según la capa y subcapa del electrón en relación con los demás.
¿Puede Z_ef ser negativa? En la práctica no: para un electrón real S nunca supera a Z, así que Zef se mantiene positiva, aunque las estimaciones más burdas pueden arrojar de vez en cuando valores muy pequeños.
