¿Cómo puede alguien decir esto que los orbitales con poca energía se llenarán primero? ¿Por qué los electrones poseen tal comportamiento?

No estoy seguro de que el argumento de entropía sea necesario. Se aplicaría a sistemas de muchos átomos, es decir, todos los del mundo real, pero creo que hay una explicación más fundamental que funciona a nivel de átomos individuales.

Y es sorprendentemente profundo, porque lo que realmente se pregunta es “¿por qué los sistemas parecen buscar los puntos más bajos en un potencial”? Y aunque eso parece “duh, obvio “, es una pregunta sorprendentemente buena. Debido a que no existe realmente una ley física de que las cosas vayan al punto más bajo en absoluto: ese es solo el límite de energía cinemática cero del Principio de menor acción. Aquí se da una buena derivación: equivalencia entre el principio de menor acción y la mínima energía potencial En realidad, el resultado es que los máximos o mínimos son las soluciones físicas, pero los primeros son inestables a las perturbaciones.

Sin embargo, me confundo al aplicar esto a los orbitales atómicos: la energía total de un orbital es [matemática] E_n = -me ^ 4 / (2 \ hbar ^ 2 n ^ 2) [/ matemática] que se puede descomponer en cinética promedio energía [matemática] T_n = me ^ 4/2 \ hbar ^ 2 n ^ 2 [/ matemática] y energía potencial promedio [matemática] V_n = -me ^ 4 / \ hbar ^ 2 n ^ 2 [/ matemática] para un orbital con el número cuántico principal [matemáticas] n [/ matemáticas]. Tenga en cuenta que [math] V_n = -2T_n [/ math]. (Ver, por ejemplo, El átomo de hidrógeno y la energía cinética (KE) en el orbital atómico). Por lo tanto, es tentador tomar esos promedios y afirmar que la acción de un orbital es constante a lo largo del tiempo y que la acción del tiempo unitario es [matemática] S_N / t = T_n-V_n = 3 [/ matemática] [matemática] T_n = 3 me ^ 4 / 2 \ hbar ^ 2 n ^ 2 [/ math], es decir, disminuye al aumentar [math] n [/ math]. Como eso no es lo que sucede (😉), supongo que la interacción dinámica de la energía cinética y potencial da una verdadera acción que se escala en sentido contrario … pero no tengo tiempo para calcularlo en este momento, y no puedo encontrar recursos útiles en línea . Me interesaría ser iluminado por alguien mejor informado …

No solo los electrones, cada elemento de la naturaleza entra en un estado donde tiene la energía más baja, ¡porque al mismo tiempo ganan estabilidad!

Los electrones tienen la misma probabilidad de entrar en diferentes estados. ¡Pero la probabilidad de que regrese de un estado estable a uno inestable es bastante baja!

Las respuestas de todos los demás son geniales, por lo que me gustaría ofrecer una analogía. Piense en la energía como dinero, y la química es el capitalismo. Cuando los electrones llegan primero al nivel de energía más bajo, la energía que no se utiliza es la ganancia. Y el beneficio es lo que impulsa el capitalismo.
Para promover la analogía cuando los electrones terminan yendo a niveles de energía más altos de lo esperado, se debe a la “financiación externa”. Aka no les importa gastar el dinero de otra persona.

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