0:01 La carga nuclear efectiva o Zef es uno de los conceptos de química que me encanta enseñar porque tiene implicaciones de gran alcance. Tener un conocimiento profundo de la carga nuclear efectiva permitirá a los estudiantes razonar sobre muchos problemas diferentes, sin importar la unidad. Así que se podría decir que este concepto es muy provechoso. En el video de hoy vamos a analizar cómo funciona la carga nuclear efectiva y hablaremos sobre algunas de sus aplicaciones. Gracias por acompañarme. Asegúrense de concentrarse, eliminen todas las distracciones y prepárense para aprender. ¿Qué tal, a todos? Bienvenidos al mundo de la química, no tan aburrido, de Neil. Vamos al laboratorio para analizar esto más a
0:47 fondo. Antes de seguir adelante, tomémonos un momento para explicar el nombre carga nuclear efectiva y este curioso símbolo que usamos para representar el concepto. Ahora bien, en cuanto al símbolo, esta Z se usa a menudo en el contexto de la química para representar el número atómico, que es el número de protones en el núcleo de un átomo. Entonces, tenemos el número atómico y luego EFF es una abreviatura de efectiva. Básicamente, la carga
1:32 nuclear efectiva es lo siguiente. Es el número de protones en el núcleo que realmente tienen un efecto sobre el resto del átomo. Bueno, el resto del átomo son los electrones. Así que, con este concepto, vamos a pensar en cuántos de los protones del núcleo afectan realmente a los electrones que rodean al núcleo en un átomo. Bien, pero veamos un ejemplo específico. Vamos a profundizar en el núcleo y la configuración electrónica de un átomo de litio para entender mejor esta idea. Cuando buscamos el litio en la tabla periódica, vemos que tiene un número atómico de tres. Recuerden que Z es el símbolo que usamos para representar eso. Y por lo tanto, en el
2:20 núcleo de un átomo de litio, tengo 1, 2, 3 protones y, por supuesto, también hay algunos neutrones allí. Ahora, para que un átomo sea neutro, tiene que tener el mismo número de electrones que de protones, ¿verdad? Entonces, debajo de este núcleo de litio, he escrito la configuración electrónica del litio: 1s2 2s1. Y eso nos da un total de tres electrones. Basándonos en esta configuración, podemos asumir que dos de los electrones en el subnivel 1s estarán un poco más cerca del núcleo, y el electrón final, el que llamamos electrón de valencia, estará un poco más lejos en el segundo nivel de energía. Así que tengo una pregunta para ustedes. Es algo abstracto. Si
3:06 fueras un electrón en un átomo de litio, ¿qué sentirías? Bueno, en realidad no es tan complicado. Verás, los electrones, al ser partículas cargadas, básicamente pueden sentir una de dos cosas. Pueden sentir repulsión de otras partículas con la misma carga, o atracción, o ser atraídos, por partículas con carga opuesta. Entonces, comencemos primero con la repulsión. Si yo soy este electrón aquí, hay algunas partículas a mi alrededor que tienen la misma carga que yo. Así que me sentiré empujado por ese electrón de allá, y también me sentiré empujado por este otro electrón de aquel lado. Y todos estos electrones experimentan cierta repulsión por parte de los electrones vecinos, ¿verdad? Pero
3:53 quizás más importante, si soy un electrón en este átomo, sentiré la atracción de cosas con carga opuesta. Entonces, estos tres protones en el núcleo están atrayendo a los electrones, y técnicamente los electrones también atraen a los protones. Y, por supuesto, esto es lo que mantiene a estas partículas juntas en esta unidad que llamamos átomo. Entonces, si eres uno de estos electrones, ¿cuántos protones sientes que te atraen? Bueno, si respondiste tres, tienes razón, pero también estás equivocado. Si soy uno de estos electrones internos en el primer nivel de energía, siento que los tres protones me atraen. Así que este electrón de aquí siente la atracción
4:39 de tres protones, y este electrón de aquí siente la atracción completa de tres protones. Pero, algo interesante sucede cuando observamos a los electrones que están un poco más alejados. Y aquí es donde entra en juego la carga nuclear efectiva. Verás , este electrón que está muy lejos, el electrón de valencia, no siente la atracción de los tres protones. Parte de esa atracción del núcleo es bloqueada o apantallada por los electrones internos. Entonces, en realidad, por cada electrón interno que hay entre el electrón de valencia y el núcleo, se cancela la atracción de uno de los protones. Así que puedes pensar en esto como si este electrón
5:26 cancelara la atracción de este protón , y este electrón cancelara la atracción de aquel protón. Y eso solo deja un protón que no está siendo bloqueado. Entonces, este electrón, este electrón de valencia más externo , en realidad solo percibe un protón en el núcleo. Solo está siendo atraído por un protón. Por lo tanto, diríamos que la carga nuclear efectiva , la cantidad de carga nuclear que realmente tiene un efecto en el electrón más externo, es de más uno. Resolvamos un ejemplo juntos. Ahora bien, claramente, cuando se nos pide encontrar la carga nuclear efectiva, o
6:12 Zeff, en una tarea o durante un examen, no tendremos un modelo al cual referirnos donde todos los protones, neutrones y electrones estén dibujados como vimos en el segmento anterior. Pero, todo lo que realmente necesitamos es una tabla periódica y este concepto . La carga nuclear efectiva siempre se puede calcular siempre que conozcas el número atómico o la carga nuclear total, y a eso le vas a restar los electrones internos. Muy bien, veamos un elemento y averigüémoslo juntos. Entonces, me voy a centrar en el fósforo, ¿de acuerdo? Ahora, el fósforo, según la tabla periódica, tiene un número atómico de 15. Pero también necesito saber cuántos electrones internos tiene. Recuerda, esos son los electrones que van a
6:59 proteger o bloquear parte de esa atracción nuclear. Ahora, la tabla periódica solo me dice el número de protones, pero sé que el fósforo también debería tener 15 electrones. Pero, ¿cuántos de ellos son electrones internos? Me gusta usar las configuraciones electrónicas para resolver esto. Entonces, el fósforo tiene una configuración electrónica de 1s2 2s2 2p6 3s2 y 3p3. Así que aquí podemos ver todos los electrones organizados por su nivel de energía. Ahora, recuerda que los electrones más externos, los electrones de valencia, esos no son electrones internos. Así
7:45 que estos son los electrones en mi nivel de valencia o el nivel más externo de la configuración. Eso significa que todo lo demás es un electrón interno. Entonces, estos son electrones internos. Y estos dos electrones son electrones internos, y también lo son estos seis. Entonces, en total tengo dos, cuatro más seis es igual a 10 electrones internos. Por lo tanto, mi carga nuclear efectiva para el fósforo es 15 menos 10, lo que es igual a cinco. La Zeff del fósforo es cinco. Después de completar muchos
8:31 problemas sobre la carga nuclear efectiva, uno nota que surge un patrón . Resulta que la Zeff o carga nuclear efectiva para cualquier elemento tiende a ser aproximadamente igual a su número de electrones de valencia. Así que este es un buen atajo o una forma rápida de obtener una respuesta a una pregunta que te pide cuál es la Zeff de un elemento en particular. Entonces, podemos tomar nuestra tabla periódica y, como pueden ver aquí, he etiquetado en rojo en la parte superior el número de electrones de valencia para los grupos principales. Y si me preguntaran , por ejemplo, cuál es la carga nuclear efectiva de un átomo de calcio , en lugar de mirar el número atómico , escribir la configuración electrónica y restar los electrones internos del número de protones,
9:17 simplemente podría notar que el calcio tiene dos electrones de valencia, lo que significa que esos electrones sentirán la atracción de dos de los protones en el núcleo. La carga nuclear efectiva del calcio es más dos . Entonces, aquí hay un resumen rápido de las ideas principales que cubrimos, y luego hagamos un problema de práctica juntos. La carga nuclear efectiva es una forma de describir la atracción que sienten los electrones de valencia de un elemento a partir del núcleo. Esta idea se explica considerando el hecho de que los electrones internos tienen un efecto de apantallamiento. Debido a que están situados entre el núcleo y los electrones de valencia, van a bloquear parte de la atracción que debería
10:04 sentirse de esos protones en el núcleo . Ahora, ¿qué puedes hacer con la Zef una vez que descubres cuál es? Bueno, en otras lecciones que publicaré, veremos cómo la Zef determina el radio de los átomos. Y también nos permite considerar por qué ciertos elementos atraen más débil o fuertemente a los electrones de valencia de otros átomos . Y esto es muy relevante para los enlaces químicos. Para calcular la Zef , realmente solo necesitas saber dos cosas. Primero, busca el número atómico del elemento en cuestión. Este es simplemente el número de protones y se encuentra en la tabla periódica. A continuación, deberás determinar cuántos electrones internos tiene ese elemento. Ahora, recuerda que
10:51 los electrones internos son todos los electrones que no son de valencia. Una vez que tengas estos dos números, restas el número de electrones internos del número atómico. Y esto te dará un valor positivo. Esta es la carga nuclear efectiva. Bien, intentemos una pregunta de práctica. ¿Cuál de los siguientes elementos tiene una carga nuclear efectiva de siete? Piensa en esta pregunta y obtén una respuesta, y luego continúa viendo el video para ver mi solución. Bien, espero que hayas elegido la letra D, que es el bromo. Comienzo buscando el bromo en mi tabla periódica y veo que tiene un número atómico de 35, o 35
11:37 protones. Ahora, eso significa que también debería tener 35 electrones en total. Pero como el bromo es un halógeno, sé que siete de esos 35 electrones son electrones de valencia. Entonces, eso deja 28 electrones internos. Al restar 28 de 35, encuentro que la Zef, o carga nuclear efectiva, es siete. Muchas gracias por ver este video y, por supuesto, espero que les haya sido de ayuda. Recuerden que pueden mantenerse al tanto de las novedades del canal siguiéndome en Instagram. Y claro, si tienen alguna pregunta o comentario, por favor déjenlo aquí abajo.
