La carga nuclear efectiva es la fuerza de atracción de los protones en el núcleo de un átomo sobre un electrón después de factorizar la fuerza repulsiva de los electrones del átomo. El valor numérico de esta carga se encuentra mediante la fórmula matemática simple, Z (efectivo) = ZS, donde Z es la carga positiva y S es el número de electrones en orbitales completamente ocupados. En los átomos neutros, la carga nuclear efectiva es igual al número de electrones en el orbital más externo, que se denominan electrones de valencia.
En los átomos, todos los protones tienen una carga positiva de uno. Un átomo se distingue de otros átomos por el número de protones que tiene, aunque el número de neutrones puede variar entre diferentes átomos del mismo tipo, y algunos átomos del mismo tipo pueden tener iones con más o menos electrones en órbita. La carga positiva total de un átomo es el número de sus protones, que también es el número atómico del átomo como se muestra en la tabla periódica de los elementos. El primer paso para determinar la carga nuclear efectiva de un átomo es determinar su carga positiva total, lo que se puede lograr buscando el número atómico del átomo.
Los electrones son atraídos hacia el núcleo del átomo y se encuentran en orbitales que se llenan de manera predecible. El primer orbital puede contener solo dos electrones. Los orbitales posteriores contienen cada uno ocho electrones cuando están llenos. En circunstancias normales, y con el fin de encontrar la carga nuclear efectiva de un átomo, los electrones ocuparán el orbital más cercano al núcleo que puedan.
Los orbitales completamente ocupados contrarrestan la misma cantidad de carga positiva que contienen carga negativa. Por ejemplo, un átomo con 12 protones y 12 electrones, que es un átomo neutro, perderá 2 cargas positivas del primer orbital completamente ocupado y 8 cargas positivas del segundo. Los otros dos electrones en el tercer orbital no afectan la carga nuclear efectiva del átomo, que en este caso sería 12 menos 10, o 2.
En la mayoría de los casos, la ecuación simplificada es suficiente para descubrir la carga nuclear efectiva de un átomo. Las versiones más complejas de la ecuación tienen en cuenta la pequeña carga negativa de los electrones de valencia, que se considera insignificante para la mayoría de los propósitos. Los iones también tendrán una carga nuclear efectiva que se desvía ligeramente de la ecuación estándar, ya que la adición de un electrón extra al orbital externo lo hará un poco menos positivo y la pérdida de un electrón aumentará la atracción positiva del átomo.