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8.2: Radio Atómico y Carga Nuclear Efectiva
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Atomic Radii and Effective Nuclear Charge
 
TRANSCRIPCIÓN

8.2: Radio Atómico y Carga Nuclear Efectiva

Los elementos en los grupos de la tabla periódica muestran un comportamiento químico similar. Esta similitud ocurre porque los miembros de un grupo tienen el mismo número y distribución de electrones en sus capas de valencia.

Pasando de izquierda a derecha a través de un período, es agregado un protón al núcleo y un electrón a la capa de valencia con cada elemento sucesivo. Yendo hacia abajo en los elementos de un grupo, el número de electrones en la capa de valencia permanece constante, pero el número cuántico principal aumenta en uno cada vez. La comprensión de la estructura electrónica de los elementos nos permite examinar algunas de las propiedades que rigen su comportamiento químico. Estas propiedades varían periódicamente a medida que cambia la estructura electrónica de los elementos. 

Variación en el radio atómico

La imagen de la mecánica cuántica hace difícil establecer un tamaño definido para un átomo. Sin embargo, hay varias maneras prácticas de definir el radio de los átomos y, por lo tanto, determinar sus tamaños relativos que dan valores más o menos similares.

El radio atómico de los metales es la mitad de la distancia entre los centros de dos átomos vecinos. Para los elementos que existen como moléculas diatómicas es la mitad de la distancia entre los centros de los átomos unidos.

Generalmente, al moverse de izquierda a derecha a través de un período, cada elemento tiene un radio atómico más pequeño que el elemento que lo precede. Esto podría parecer contradictorio porque implica que los átomos con más electrones tienen un radio atómico más pequeño. Esto puede explicarse sobre la base del concepto de una carga nuclear efectiva. En cualquier átomo multi-electrón, los electrones de la capa interna protegen parcialmente a los electrones de la capa externa de la tracción del núcleo.  Por lo tanto, la carga nuclear efectiva, la carga sentida por un electrón, es menor que la carga nuclear real (Z) y puede estimarse por lo siguiente:

Zef =Z – σ              

Donde, Zef es la carga nuclear efectiva,Z es la carga nuclear real, y σ es la constante de apantallamiento, donde la constante de apantallamiento es mayor que cero pero menor que Z.

Cada vez que pasamos de un elemento al siguiente a lo largo de un período, la Z aumenta en uno, pero el apantallamiento aumenta sólo ligeramente. Por lo tanto, la Zef aumenta a medida que nos movemos de izquierda a derecha a través de un período. La tracción más fuerte (mayor carga nuclear efectiva) experimentada por los electrones en el lado derecho de la tabla periódica los acerca al núcleo, haciendo los radios atómicos más pequeños.

Los electrones centrales protegen eficientemente a los electrones en el nivel principal más externo de la carga nuclear, pero los electrones más externos no se protegen eficazmente unos a otros de la carga nuclear. Cuanto mayor sea la carga nuclear efectiva, más fuerte será la sujeción del núcleo a los electrones externos, y más pequeño será el radio atómico.

Sin embargo, los radios de algunos elementos de transición permanecen constantes a lo largo de cada fila. Esto se debe a que el número de electrones en el nivel de energía principal más externo es casi constante, y experimentan una carga nuclear efectiva constante.

Dentro de cada período, la tendencia en el radio atómico disminuye a medida que la Z aumenta;  dentro de cada grupo, la tendencia es que el radio atómico aumente a medida que Z aumenta.

Al explorar un grupo hacia abajo, el número cuántico principal, n, para cada elemento aumenta en uno. Así, los electrones están siendo agregados a una región del espacio que está cada vez más distante del núcleo. Consecuentemente, el tamaño del átomo (y su radio atómico) debe aumentar a medida que aumentamos la distancia entre los electrones más externos y el núcleo. Esta tendencia se ilustra para los radios atómicos de los halógenos en la tabla siguiente.

Radio atómico de los elementos del grupo halógeno
Átomo Radio atómico (pm) Carga nuclear, Z
F 64 9+
Cl 99 17+
Br 114 35+
I 133 53+
At 148 85+

 

Este texto está adaptado de Openstax, Química 2e, Sección 6.5: Variaciones periódicas en las propiedades de los elementos.

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