Para el período 4, comenzando con escandio, el orbital 4s ahora tiene un poco más de energía que el 3d. Sin embargo, por razones más allá del alcance de la pregunta, estos orbitales se ocupan preferentemente antes de la 3d. Son los electrones de valencia y definen el radio atómico del átomo. Entonces el escandio es [matemáticas] {[Ar]} [/ matemáticas] [matemáticas] {3d} ^ 1 {4s} ^ 2 [/ matemáticas]. A medida que avanzamos en la primera serie de transición, los radios atómicos disminuyen. Sin embargo, la disminución no es regular; alcanzando un mínimo en cobalto (125pm) y aumenta ligeramente hasta el final de la serie en zinc (137pm).
A medida que avanzamos en la serie, la carga nuclear aumenta en 1 unidad y cada vez que el electrón adicional ingresa en un orbital 3d “interno”. Este proceso de “construcción de átomos” es teórico y no sucede en realidad, es decir, los átomos ya están allí. El aumento de la carga nuclear tiene el efecto de “atraer” los electrones y disminuir el radio atómico. Sin embargo, estos electrones agregados “protegen” los electrones 4s externos de la fuerza de atracción del núcleo. Entonces el electrón 4s en escandio experimentará una atracción positiva que es menor que los 21 protones en el núcleo. Esto se conoce como la “carga nuclear efectiva”. La capacidad de un orbital para proteger la carga nuclear depende del valor del número cuántico de momento angular [matemática] {l} [/ matemática]. Los valores bajos de [math] {l} [/ math] penetran profundamente en el átomo, por lo que los electrones donde [math] {l} [/ math] = 0 son efectivos para proteger la carga nuclear. Los electrones d tienen un valor [matemático] {l} [/ matemático] de 2. No tienen tanta densidad de electrones cerca del núcleo como los electrones s o p y, por lo tanto, no son tan efectivos para proteger la carga nuclear. Como resultado, al comienzo de la serie, predomina la carga nuclear efectiva y disminuyen los radios atómicos. Más adelante en la serie, el ligero aumento en el blindaje y el aumento de la repulsión tienden a aumentar los radios atómicos.
El aumento en Mn (137pm) es interesante. ¿Algo que ver con d5?
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