Qual é o Ze f sentido pelos elétrons de valência nas três espécies isoeletrônicas: ânion flúor ( F^-), átomo de neônio neutro (Ne) e cátion sódio (Na^+)?

Passo 1

Beleza, vamos resolver essa questão juntos! A pergunta quer saber qual é a carga nuclear efetiva ( Zef) que os elétrons de valência sentem nas três espécies isoelétrônicas: o ânion flúor ( F^-), o átomo de neônio neutro ( Ne) e o cátion sódio ( Na^+). Isso está relacionado ao conteúdo de estrutura eletrônica e teoria do gás de elétrons. Para resolver, vamos precisar entender como calcular o Zef usando as regras de Slater.

Passo 2

Primeiro, vamos lembrar que espécies isoelétrônicas têm o mesmo número de elétrons. No caso:
  • F^- tem 9 prótons + 1 elétron = 10 elétrons
  • Ne tem 10 prótons e 10 elétrons
  • Na^+ tem 11 prótons - 1 elétron = 10 elétrons
Então, todas têm 10 elétrons.

Passo 3

Agora, para calcular o Zef, usamos a fórmula:
Zef = Z - S
Onde:
  • Z é a carga nuclear total (número de prótons)
  • S é a constante de blindagem, que leva em conta a diminuição da atração nuclear pelos elétrons internos

Passo 4

Vamos aplicar as regras de Slater para determinar o valor de S. Para elétrons na camada n=2 (como nos nossos exemplos), a blindagem S é calculada considerando os elétrons internos que reduzem a carga efetiva.
Nas regras de Slater para elétrons de valência na segunda camada ( 2s, 2p):
  • Cada elétron na mesma camada contribui com 0,35 para S
  • Elétrons em camadas internas contribuem com 0,85 para S por elétron

Passo 5

Vamos ver a configuração eletrônica das três espécies:
  • F^-: 1s^2, 2s^2, 2p^6
  • Ne: 1s^2, 2s^2, 2p^6
  • Na^+: 1s^2, 2s^2, 2p^6
Todas têm a mesma configuração eletrônica. Agora, para calcular Zef para um elétron de valência (no 2p):
  • Z para F^-: 9
  • Z para Ne: 10
  • Z para Na^+: 11

Passo 6

Calculando S:
  • Eletrões internos ( 1s^2): 2 elétrons × 0,85 = 1,7
  • Elétrões na mesma camada ( 2s^2, 2p^6): 8 elétrons × 0,35 = 2,8
  • Total S = 1,7 + 2,8 = 4,5

Passo 7

Agora, aplicamos a fórmula para cada espécie:
  • Para F^-:
    Zef = 9 - 4,5 = 4,5
  • Para Ne:
    Zef = 10 - 4,5 = 5,5
  • Para Na^+:
    Zef = 11 - 4,5 = 6,5

Resposta

A carga nuclear efetiva ( Zef) sentida pelos elétrons de valência é:
  • F^-: Zef = 4,5
  • Ne: Zef = 5,5
  • Na^+: Zef = 6,5

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