Gracias por el A2A Josh Sinanan. Aquí hay un intento de enumerar algunos de los principios en el trabajo.
- El intercambio de electrones (enlaces covalentes) no puede explicarse por la física clásica: es un fenómeno de QM de mecánica cuántica.
- Al hacer una pregunta de por qué , está solicitando invocar el principio de causalidad en QM. Dos eventos A y B pueden estar causalmente relacionados si el evento A ocurre antes del evento B y su separación en el espacio-tiempo es tal que la luz tiene suficiente tiempo para viajar de A a B (o más precisamente, información , ya que la información está limitada a la velocidad de la luz; a menos que algunas de las partículas en el evento A y el evento B estén enredados cuánticamente).
- Hay un punto en el que es más fácil responder a la pregunta de cómo, en lugar de por qué, especialmente conmigo, ya que no entiendo completamente el vínculo; Así que frecuentemente usaré esta licencia poética 😉
- Un sistema intentará llegar al menor estado de energía, o estado fundamental, uno que sea más estable y con la menor energía potencial, liberando energía en el proceso.
Entonces, ¿qué tiene un enlace covalente entre dos átomos que lo convierte en un estado de energía más bajo que dos átomos independientes?
Hay dos neucleos cargados positivamente y electrones cargados negativamente involucrados en la formación del enlace. Hay atracción electrostática y repulsión entre estas partículas cargadas. La energía potencial total del complejo de la molécula es menor después de la formación del enlace. Esa energía sería impartida a los electrones como energía cinética. Los electrones se asentarían en el orbital más bajo y expulsarían la energía cinética hacia los fotones. Para que se forme un enlace, puede haber también barrera de energía para superar inicialmente. El equilibrio entre la energía de barrera y la energía expulsada determinará si la reacción es espontánea, forzada, endotérmica o exotérmica.
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- ¿Cómo giran los electrones alrededor del núcleo para siempre sin ninguna alimentación de energía externa? Es una partícula y onda, pero ambas necesitan sustento para moverse / existir.
- En los elementos del bloque S y del bloque P en la tabla periódica, los electrones de valencia [1] [2] [3] son los que están más alejados y que tienen la energía más alta (en comparación con los otros electrones en ese átomo). .) Entre estos, los enlaces covalentes generalmente se forman entre el hidrógeno (del grupo 1) y los grupos 14-17 (carbono-flúor). Estos elementos tienen electrones de valencia en sus subcapas S & P.
Diagrama de Lewis aumentado para H, C y O:
Diagrama orbital para flúor:
Diagrama del átomo de flúor que representa los electrones de valencia, y una de las dos configuraciones de gases nobles (He y Ne) a las que podría intentar acceder.
- Existen limitaciones en el espacio-tiempo que desalientan a dos partículas de ocupar el mismo lugar al mismo tiempo. Esencialmente, hay campos cuánticos (aproximadamente uno para cada partícula en el Modelo Estándar) que impregnan el espacio-tiempo. Dentro del campo cuántico de electrones, dos electrones pueden ocupar el mismo espacio (misma capa, subcapa y orbital con un átomo o molécula) solo si tienen un espín diferente, como lo dicta el principio de exclusión de Pauli . Esto es cierto para otros fermiones como los protones y los neutrones, que son partículas compuestas con un giro de medio entero, pero eso está más allá del alcance de este artículo.
- Para que se produzca el enlace, los dos electrones están en un orbital compartido y, por lo tanto, deben tener espines opuestos. Estos dos electrones comenzaron en sus átomos individuales con espines que no tenían relación entre sí, específicamente cuando se trataba de sus espines. Durante la formación del enlace covalente, los electrones se enredan cuánticamente. Este evento en realidad causa que la información (sobre el espín) se localizara originalmente en cada uno de los electrones individuales, ahora se difunde entre los dos electrones. La entropía de la información ahora ha aumentado. Y el par de electrones ahora está enredado por la eternidad. Este sí mismo es un estado termodinámicamente más estable.
- La energía liberada generalmente está en el rango subóptico: las microondas.
- El par de electrones dentro de (cada) enlace covalente está en un nuevo orbital; esta es una nube de electrones superpuesta (entre el orbital de los dos orbitales de electrones alrededor de los átomos originales no unidos). La forma de un orbital es la ubicación probabilística de los electrones de distribución en 3-d de una función de onda que representa la excitación en el campo QM de electrones (que se comporta como una onda estacionaria).
Notas al pie
[1] Electrón de valencia
[2] Contando electrones de valencia para elementos del grupo principal
[3] Cómo encontrar electrones de valencia