¿Por qué 8 electrones forman una capa estable? ¿Por qué no 7, 6, 4 o incluso 2?

Porque el espacio tiene 3 dimensiones y los electrones tienen spin ½.

El electrón más fuertemente unido en un átomo tiene un momento angular orbital cero. Pero debido al giro, hay dos formas de poner un electrón en esa órbita: girar hacia arriba y hacia abajo. Eso significa que puede poner 2 electrones en la órbita más estrechamente unida.

Según el “principio de exclusión” articulado por primera vez por Wolfgang Pauli, no se puede poner otro electrón en ninguna órbita a menos que tenga un giro diferente. Esto a menudo se describe en términos populares como “no se pueden poner dos cosas en el mismo lugar al mismo tiempo”. tú deseas.)

Eso son dos. Y, de hecho (para no estar de acuerdo con su pregunta), puede tener una capa estable con dos electrones. Eso es exactamente lo que sucede en el átomo de helio.

Puede tener más electrones, pero no más con momento angular cero. Si tiene una unidad de momento angular (medida en unidades de la constante de Planck dividida por 2 pi), entonces hay 3 formas diferentes de orientar las órbitas. Eso es porque el espacio tiene 3 dimensiones. Cada una de esas órbitas puede tener dos electrones (girar hacia arriba y hacia abajo) y eso produce 6 electrones en las siguientes órbitas más fuertemente unidas.

Me estoy saltando algunos puntos importantes, por eso en el espacio 3D puede tener 3 órbitas con un momento angular unitario. La razón se basa en la física cuántica, y varias otras respuestas aquí se refieren a “soluciones a la ecuación de Schrodinger”. Esas respuestas son todas precisas, pero no llegan a la esencia del espacio 3D. Si el espacio fuera 4D, podría haber más órbitas.

Con 2 en el estado de momento angular cero y 6 en el estado de momento angular de la unidad, suma 8.

Algo extraño sobre los electrones. Si los rotó 360 grados en el espacio, no obtendrá el mismo estado cuántico de electrones; obtienes uno que es igual pero tiene un signo menos. Eso es realmente extraño, pero se ha observado experimentalmente (el signo menos afecta la forma en que el electrón interfiere consigo mismo cuando su función de onda viaja a través de dos caminos simultáneamente).

La mayoría de estas respuestas parecen decir efectivamente: “8 electrones forman una capa estable porque la capa de valencia tiene 8 ranuras y una capa completa es la configuración más estable”, pero creo que la pregunta real es “¿por qué la valencia Shell tiene 8 ranuras en primer lugar?

Aunque la presencia de 8 ranuras a menudo se enseña como si fuera una observación puramente empírica (probablemente porque, históricamente, fue durante mucho tiempo), en realidad puede derivarse de los axiomas de la mecánica cuántica y la geometría del espacio tridimensional . A continuación se muestra una descripción general de algunas de las características relevantes de la derivación. Para una cuenta más detallada, sugiero encontrar un libro de texto sobre QM.

Si resuelve la ecuación de Schroedinger para un electrón en el pozo potencial de un núcleo, puede encontrar todos los estados enlazados posibles que el electrón podría tener. Encontrar la solución implica asegurarse de que la función de onda del electrón se repita a intervalos que le permitan “ajustarse” alrededor del núcleo.

Por analogía, considere una onda en una longitud de cuerda. Tiene picos y valles en un cierto período. El objetivo es encontrar qué períodos (longitudes de onda) “encajarán” en la cadena, de modo que si une los dos extremos de la cadena para formar un bucle alrededor del núcleo, no habrá discontinuidades en la onda. Las ondas resultantes se llaman armónicos:

http://en.wikipedia.org/wiki/Har

Un bucle es suficiente para envolver un punto en un plano bidimensional, pero existen electrones y átomos en 3 dimensiones. Por lo tanto, debemos asegurarnos de que la función de onda del electrón “encaje” en los dos grados angulares de libertad alrededor de un punto en 3 dimensiones. Las ondas que “encajan” alrededor de un punto central en 3 dimensiones se denominan armónicos esféricos:

http://en.wikipedia.org/wiki/Sph

Como hay dos grados angulares de libertad alrededor de un punto en 3 dimensiones, se necesitan dos números para identificar una solución dada que se ajuste. Como resultado, se necesitan un total de tres números para identificar completamente una solución de función de onda:

n: cuantización en energía
l (L minúscula): cuantización en primer grado angular de libertad
m: cuantización en segundo grado angular de libertad

Simplemente a partir de las matemáticas de la solución y las reglas de la geometría, uno encuentra que las siguientes reglas deben cumplirse para que la solución se ajuste:

  • n debe ser un entero positivo (1, 2, 3, …)
  • para un n dado, l puede ser cualquier número entero de 0 a n-1 inclusive
  • para un l dado, m puede ser cualquier número entero de -l a l inclusive

Además, las propiedades del electrón dictan que:

  • para un n, l y m dados, hay dos posibles estados de electrones: uno para girar hacia arriba y otro para girar hacia abajo

Al unir todas estas reglas, podemos contar el número de “ranuras” disponibles para que los electrones llenen una capa determinada.

Para la capa de energía más baja (n = 1), l puede ser cualquier número entero de 0 a 0. Es decir, solo puede ser 0. A su vez, para l = 0, m puede ser solo -0 a 0, lo que significa que puede también solo será 0. Esto significa que solo hay una combinación permitida con n = 1, es decir, aquella en la que n = 1, l = 0 ym = 0. Dado que los electrones pueden girar hacia arriba o hacia abajo, esto significa que hay 2 ranuras disponibles en total. Esta es la razón por la cual el hidrógeno y el helio son estables con 2 electrones, porque esos 2 electrones llenan la capa n = 1.

Para la siguiente capa de energía (n = 2), l puede ser de 0 a 1. Para l = 0, m puede ser solo 0. Para l = 1, m puede ser -1, 0 o 1.

Esto forma el siguiente conjunto de valores permitidos:

n = 2, l = 0, m = 0
n = 2, l = 1, m = -1
n = 2, l = 1, m = 0
n = 2, l = 1, m = 1

Como hay 4 valores permitidos, el shell tiene 8 ranuras para electrones (que representan el espín).

Este número mágico suena muy bien hasta sus estándares más bajos, donde simplemente asalta las cosas y escribe sus respuestas sin comprender el asunto. Trato de generalizar las cosas tanto como puedo, para que sea menos agotador de entender.

Comprenda la lógica de lo que entra: un hecho muy simple, cualquier átomo o un ion que logra la configuración electrónica de cualquiera de los elementos de gas noble (He, Ne Ar, Kr, Xe y Rn) se vuelve estable. Ahora, lo que hace que estos elementos sean tan especiales es su inercia, ya que son elementos menos reactivos y, por lo tanto, puedo decir que son los elementos estables.

Ejemplo: Na (sodio) es muy estable en su estado de oxidación +1. ¿Cómo?

Explicación: Na (Número atómico: 11) Configuración electrónica: 1S2 2S2 2P6 3S1.

Cuando el átomo de Na se oxida al estado de oxidación +1, se pierde el electrón de la capa más externa de un átomo. lo que hace que sea su configuración electrónica: 1S2 2S2 2P6, que es lo mismo que Neon (un elemento de gas noble). Ne (Número atómico: 10): Configuración electrónica: 1S2 2S2 2P6.

Puede verificar esto con algunos ejemplos más probándose usted mismo.

Mg + 2 es estable, Al + 3 etc. ¡Pruébalo!

Consulte el principio de Afbau para completar los electrones en los orbitales. Principio de Afbau: se basa únicamente en la cantidad de energía requerida para llenar un electrón en el orbital. El que requiere una menor cantidad de energía se llena primero y los otros más tarde en una mayor cantidad de energía requerida.

Porque en el sistema aromático y en las capas electrónicas de los átomos, el principio (mecanismo) para la formación de un sistema estable es uno: esta es la interacción de dos fermiones (o más, esto no es una cuestión de principios) sino de acuerdo con la regla de Hückel (por qué, el mecanismo en sí, ver la cita). A continuación, daré una cita a partir de la cual todo se aclara (tanto para los aromáticos como para los depósitos electrónicos).

6.2. BONO QUÍMICO – ES LA INTERACCIÓN DE FERMIONES.

Revisión. Benceno sobre la base del enlace de tres electrones. pag. 74–78 http://vixra.org/pdf/1612.0018v5

https://www.omicsonline.org/open

“6.2. BONO QUÍMICO – ES LA INTERACCIÓN DE FERMIONES.

Siguiendo lo anterior, la interacción de dos enlaces de tres electrones en benceno (o más bien la interacción de tres pares) a través del ciclo es una interacción típica entre dos fermiones en una molécula a una distancia de 2.4 Å, que es similar a la interacción de dos electrones en la formación de enlaces químicos.

La regla de Hückel (4n + 2) para sistemas aromáticos se puede escribir en una forma diferente, en la forma de 2n donde n – número no apareado. Entonces, tenemos: 2, 6, 10, 14, 18, etc. Esto también es cierto para las capas de electrones en los átomos y los sistemas aromáticos. El principio de la interacción de fermiones siempre uno, en todas partes.

Y ahora, necesito recordar a JW Linett con Double Quartet Theory [72]. JW Linett tenía razón. Solo necesito ir al punto, que el enlace químico es la interacción de fermiones (aquí son dobletes) con giros opuestos, y el hecho de que el octeto (átomo único y, en general, los átomos forman un enlace químico) consiste en suma de los electrones en los diferentes niveles s-, p-, d- (para un solo átomo), etc.

Considere un átomo: luego, en los niveles s de interacción, dos fermiones (1 (+) y 1 (-)), en los niveles p también interactúan dos fermiones (3 (+, -, +) y 3 (-, +, -)) dos fermiones (5 (+, -, +, -, +) y 5 (-, +, -, +, -)) para interactuar de forma similar al nivel d. Pero todos estos fermiones están compuestos de un número diferente de electrones para los niveles s son 1 (+) electrón, el nivel p es 3 electrones (+, -, +) para el nivel d es 5 electrones (+, -, + , – +). La regla de Huckel define claramente la cantidad de electrones que debe obtener siempre un fermión (por lo tanto, un número n no apareado, 2n). Dado el número de electrones en diferentes niveles (s-, p-, d-) obtenemos el número total de electrones correspondientes a la regla del octeto (2, 8, etc.). Lo que es particularmente importante para minimizar la repulsión entre los electrones necesarios para separar el fermión consistió en electrones cuyos espines tienen una dirección diferente (es decir, los electrones vecinos tienen espines opuestos, por ejemplo, para fermiones compuestos de tres electrones, tenemos: 1 (+), 2 (-), 3 (+). Naturalmente, los dos fermiones que interactúan se dirigen opuestamente hacia atrás 1 (+) y 2 (-).

Ahora considere el benceno. Como se mostró en [1] en el benceno existe entre los átomos de carbono un enlace de tres electrones (un fermión), que interactúa con el otro a través de una serie de enlaces de tres electrones (con otro fermión). Si aplicamos la idea de Linnet seis de electrones p en benceno, entonces el benceno será el espíritu de la interacción de fermiones (o dos dobletes): (3 (+, -, +) y 3 (-, +, -) ) Si tomamos el caso más general, todos los 18 electrones de benceno y luego tenemos dos fermiones de interacción, cada uno de los cuales consta de 9 electrones (9 (+) y 9 (-)). Naturalmente, estos dos fermiones se colocan en un campo de seis núcleos de carbono.

Pasamos ahora a los enlaces químicos de multiplicidad diferente.

Considere un solo enlace de dos electrones: tenemos interacción entre dos fermiones, es decir, dos electrones (1 (+) y 2 (-)).

El enlace dual de cuatro electrones debe considerarse como una combinación de dos enlaces simples de dos electrones. Y aquí es imposible no recordar la idea de Pauling sobre la descripción de enlaces múltiples por medio de enlaces doblados [68, 69]. Considere el doble enlace ya que la interacción entre dos fermiones prohíbe que dos electrones con espines opuestos (enlace curvo) sean un bosón. En principio, el doble enlace puede verse como la interacción de dos bosones, que se deben a que los repulsivos dan dos enlaces curvos equivalentes (los bosones tienden a ocupar un nivel de energía).

Pauling puede describir el triple enlace de seis electrones como una combinación de tres enlaces simples curvos, y utilizando ideas Linnet (que en nuestra opinión es más cierto) como la interacción entre dos fermiones (dos enlaces de tres electrones, dos dobletes) que tienen giros opuestos (3 (+, – +) y 3 (-, +, -)). Aquí, como en el benceno, seis electrones interactúan, pero ahora se colocan entre dos átomos de carbono (benceno entre seis átomos de carbono). Esta descripción está respaldada por su triple enlace menos “insaturado” y propiedades más específicas en comparación con un doble enlace.

De lo anterior debe quedar claro que la formación de octetos, sistemas aromáticos en general y enlaces químicos es la interacción de fermiones en varios ambientes diferentes, lo que conduce a una variedad de sistemas químicos.

El sustrato cuántico de un número no emparejado de fermiones es en sí mismo un fermión, es un clásico, por lo que tres elctrones son fermiones típicos que se comportarán adecuadamente (solo un electrón ordinario es un fermión).

Esto es algo interesante sobre los fermiones:

“Fermiones compuestos.

Además de los fermiones y bosones elementales, las partículas compuestas no relativistas compuestas de partículas más fundamentales unidas entre sí a través de una energía potencial son fermiones o bosones compuestos, dependiendo solo del número de fermiones elementales que contienen:

Una partícula compuesta que contiene un número par de fermiones elementales es un bosón.

Ejemplos: un mesón contiene dos quarks de fermión y es un bosón. El núcleo de un átomo de carbono 12 contiene seis protones y seis neutrones (todos fermiones) y también es un bosón.

Una partícula compuesta que contiene un número impar de fermiones elementales es un fermión.

Ejemplos: un barión contiene tres quarks y, por lo tanto, es un fermión. El núcleo de un átomo de carbono 13 contiene seis protones y siete neutrones y, por lo tanto, es un fermión.

El número de bosones dentro de una partícula compuesta compuesta de partículas simples unidas con un potencial no tiene ningún efecto sobre si la partícula compuesta es un bosón o un fermión.

En una teoría de campo cuántico, la situación es más interesante. Puede haber configuraciones de campo de bosones que están torcidos topológicamente. Estos son estados coherentes que se comportan como partículas, y pueden ser fermiónicos incluso si todas las partículas elementales son bosones. Tony Skyrme descubrió esta situación a principios de la década de 1960, por lo que los fermiones hechos de bosones se llaman skyrmions.

El comportamiento fermiónico o bosónico de una partícula compuesta (o sistema) se ve solo a grandes distancias (en comparación con el tamaño del sistema). En la proximidad, donde la estructura espacial comienza a ser importante, una partícula compuesta (o sistema) se comporta de acuerdo con su composición constituyente. Por ejemplo, dos átomos de helio no pueden compartir el mismo espacio si es comparable en tamaño al tamaño de la estructura interna del átomo de helio (~ 10 ^ −10 m), a pesar de las propiedades bosónicas de los átomos de helio. Por lo tanto, el helio líquido tiene una densidad finita comparable a la densidad de la materia líquida ordinaria. “[67]”.

En el trabajo “ESTRUCTURA DE LA MOLÉCULA DE BENCENO SOBRE LA BASE DEL BONO DE TRES ELECTRONES”, lo fundamental es la afirmación de que el enlace de tres electrones puede considerarse como un fermión (en el caso más general, que cualquier objeto complejo con la mitad El giro integral es un fermión (imita a un fermión), y cada objeto complejo con un giro completo es un bosón (simula el bosón).

En física, esta afirmación en el caso general (para fermiones y bosones compuestos) fue explicada por Pauli utilizando la teoría cuántica de campos y la teoría de la relatividad.
Esto se afirma en el libro:
R. Feynman, R. Leighton, M. Sands “Feynman conferencias sobre física”.
Volumen 8, Mecánica cuántica (1).
Capítulo 2, Partículas idénticas.
Párrafo 1, Bose-partículas y Fermi-partículas.
Página 34 (traducción al ruso, 1966).

pag. 74–78 http://vixra.org/pdf/1612.0018v5

El material sobre el enlace de tres electrones se publica en la revista científica estadounidense “Organic Chemistry. Current Research” en el trabajo titulado “Teoría del enlace de tres electrones en las cuatro obras con breves comentarios”.

enlace 1: https://www.omicsonline.org/open

enlace 2: Química orgánica: investigación actual

Referencia sobre el grupo OMICS que incluye la revista “Química orgánica. Investigación actual”:

“OMICS organiza cada año más de 3000 series de conferencias mundiales. Eventos cada año en EE. UU., Europa y Asia con el apoyo de 1000 sociedades científicas más y publica más de 700 revistas de acceso abierto que contienen más de 50000 personalidades eminentes, científicos reputados como miembros del consejo editorial”.

enlace: Química orgánica: investigación actual

Consulte las páginas 88-104 Review (127 páginas, versión completa). Benceno sobre la base del enlace de tres electrones. (El principio de exclusión de Pauli, el principio de incertidumbre de Heisenberg y el enlace químico). http://vixra.org/pdf/1710.0326v2

Benceno sobre la base del enlace de tres electrones:

1. Estructura de la molécula de benceno sobre la base del enlace de tres electrones.
http://vixra.org/pdf/1606.0152v1

2. Confirmación experimental de la existencia del enlace de tres electrones y base teórica de su existencia.
http://vixra.org/pdf/1606.0151v2

3. Un breve análisis de los enlaces químicos.
http://vixra.org/pdf/1606.0149v2

4. Complemento a la justificación teórica de la existencia del enlace de tres electrones.
http://vixra.org/pdf/1606.0150v2

5. Teoría del enlace de tres electrones en los cuatro trabajos con breves comentarios.
http://vixra.org/pdf/1607.0022v2

6. REVISIÓN. Benceno sobre la base del enlace de tres electrones (93 páginas). http://vixra.org/pdf/1612.0018v5

7. Aspectos mecánicos cuánticos de la teoría de resonancia de L. Pauling.
http://vixra.org/pdf/1702.0333v2

8. Análisis mecánico cuántico del método MO y del método VB desde la posición de PQS.
http://vixra.org/pdf/1704.0068v1

9. Revisión (127 páginas, versión completa). Benceno sobre la base del enlace de tres electrones. (El principio de exclusión de Pauli, el principio de incertidumbre de Heisenberg y el enlace químico). http://vixra.org/pdf/1710.0326v2

Bezverkhniy Volodymyr (viXra): http://vixra.org/author/bezverkh

Bezverkhniy Volodymyr (Scribd):
https://www.scribd.com/user/2892 … #

Estas capturas de pantalla (foto) (la mayoría con explicación) se ven en este enlace.
Bezverkhniy Volodymyr (Archive.org):

https://archive.org/details/@thr

Atentamente Bezverhny Volodymyr Dmitrievich.

Mi ID de ORCID :font>0002-3725-5571

Dado que el acoplamiento de tres electrones es un fermión (Pauli ha demostrado), entonces, siguiendo la lógica de la química, se explica la estructura del benceno, la aromaticidad, la estructura de los compuestos orgánicos e inorgánicos. La química orgánica y la química en su conjunto son ciencias autosuficientes y su lógica es perfecta y perfecta. Por lo tanto, fue un error “reducir” la química a la física.

En la transición de los átomos aislados a la molécula hay un salto cualitativo y obtenemos una forma virtualmente nueva de materia (química), que ya no se reduce a una simple mecánica de los movimientos de electrones y núcleos atómicos (es decir, a física). Pero las leyes de la física y la mecánica cuántica son inquebrantables, no pueden ser violadas. Por lo tanto, en este momento, el enlace químico es un “acto de creación divina” que, por desgracia, no es reducible a la física. No hay duda de que desde el punto de vista físico será posible describir, a tiempo, y esto llevará a la ciencia (física y química) a un nivel completamente nuevo. Pero ahora la razón de la formación de un enlace químico solo puede explicarse desde el punto de vista químico (de hecho, por conveniencia química). Si consideramos el tema desde el punto de vista de la física (4 interacciones fundamentales, movimientos de electrones y núcleos), entonces, la pregunta está abierta …

La razón de la formación del enlace químico aún no está clara, de hecho, no hay justificación física, como lo fue en el momento de Bohr, ya que la formación de un enlace químico no se deriva de las cuatro interacciones fundamentales. Imagínense, un enlace químico “no entiende” que no se puede explicar normalmente y en silencio existe :). Una explicación completa del enlace químico solo puede ser proporcionada por la mecánica cuántica (en el futuro), los enfoques clásicos simplemente no funcionan.

Para comprender esto, es necesario no olvidar lo que hizo L. Pauling (L. Pauling, “La naturaleza del enlace químico”, y el trabajo de L. Pauling: Chem. Rev. 5, 173 (1928)), a saber Pauling analizó la interacción del átomo de hidrógeno y el protón en todo el rango de longitudes (admitió que el átomo de hidrógeno y H + en el enfoque se conservan y mostró que el enlace no se forma en este caso (ya que no hay interacción de intercambio) o resonancia de Pauling)). Solo uno de los hechos antes mencionados en realidad destruye el enfoque clásico (atracción y repulsión de Coulomb) para explicar el enlace químico. Inevitablemente se deduce que el enlace químico es un efecto mecánico cuántico y no otro.

Imagine un sistema con dos protones y un electrón, pero si se trata como un átomo de hidrógeno y un protón, entonces el enlace no puede formarse en todo el rango de longitudes. Pero, como demostró Burrau, el enlace en H2 + se forma (si consideramos el sistema como dos protones y un electrón), y nadie lo duda particularmente, ya que H2 + existe. Destaco especialmente que solo hay un electrón (no hay repulsión interelectrónica, etc.).

Después de este hecho, las discusiones adicionales no pueden continuar, no tienen sentido (especialmente para aplicar esto a la explicación del enlace de dos electrones o aromático, este es un nivel de complejidad ligeramente diferente). Sin embargo, debe tenerse en cuenta que la mecánica cuántica introdujo el concepto de “interacción de intercambio”, que no tenía justificación física (ya que no se alteran las interacciones fundamentales en el intercambio de electrones, pero debería, si se forma un enlace), explicar el enlace químico (más exactamente, enlace químico “disfrazado” en el efecto mecánico cuántico de la “interacción de intercambio”), confirmando así que el enlace químico es de hecho un efecto mecánico cuántico.

La ciencia del enlace químico es solo al comienzo de su viaje, y corresponde a los estudiantes de hoy hacer la contribución más significativa a la teoría del enlace químico. Y esto conducirá a cambios fundamentales en la comprensión de la química y la física.

Sobre la base de los conceptos modernos de la mecánica cuántica, el enlace químico no puede explicarse, se necesitan supuestos fundamentales en la mecánica cuántica en sí …

El enlace aromático es un enlace de tres electrones en sistemas cíclicos planos con una interacción específica de electrones a través del ciclo.
En el benceno se formó un nuevo tipo de enlaces químicos: un enlace aromático (CC), que tiene una multiplicidad de más de 1.5 (1.66) (multiplicidad CC en etano = 1 y multiplicidad CC en etileno = 2). No es correcto proporcionar un enlace aromático ya que una combinación de enlace simple y doble (por simplicidad podemos) es un nuevo tipo de enlace químico que explica la resistencia del benceno y las propiedades químicas y otras propiedades en los compuestos aromáticos.

La existencia de grandes monociclos aromáticos se ha demostrado imposible debido a la interacción de enlaces de tres electrones a través del ciclo a distancias entre los enlaces (a través del ciclo) mayores de 3.5 Å debido a la falta de interacción de energía (la longitud de los enlaces químicos está en el rango de distancias 0.74 Å – 3.5 Å).

El uso del concepto de enlace de tres electrones con multiplicidad de 1.5 y tener en cuenta el giro de cada electrón conduce a resultados muy buenos en la descripción de la molécula de benceno y explica la aromaticidad en general. Con la ayuda del enlace de tres electrones con multiplicidad de 1.5 se puede representar mediante una fórmula real de muchas moléculas orgánicas e inorgánicas sin la ayuda de estructuras virtuales (estructura electrónica real del benceno, explicar la especificidad del enlace aromático, calcular la energía de deslocalización) .

Se demostró que la relación funcional y = a + b / x + c / x ^ 2 describe completamente la dependencia de la energía y la multiplicidad del enlace químico en la distancia del enlace (multiplicidad = f (L) y Е = f (L), donde la multiplicidad es multiplicidad de enlace, L – longitud de enlace en Å, Е – energía de enlace en kj / mol, CN, CO, CS, NN, NO, OO, CP). Usando estas dependencias es posible calcular la energía química unida por diferentes distancias de enlace o diferentes multiplicidades de enlaces químicos, lo que hace posible calcular la energía de deslocalización de la molécula de benceno.

La regla de Hückel (4n + 2) para sistemas aromáticos se puede escribir en una forma diferente, en la forma de 2n donde n – número no apareado. Entonces, tenemos: 2, 6, 10, 14, 18, etc. Esto también es cierto para las capas de electrones en los átomos y los sistemas aromáticos. El principio de la interacción de fermiones siempre uno, en todas partes.

La mecánica cuántica define qué es ese enlace químico. Sin mecánica cuántica es imposible.
Conceptos clásicos para explicar qué es imposible el enlace químico (y esto a pesar de la existencia de cuatro interacciones fundamentales: la electromagnética (más importante para la química), fuerte, débil, gravedad). Es obvio que cuando la formación de enlaces químicos los efectos cuánticos son importantes. Es decir, formar un enlace químico no es suficiente para tener dos átomos específicos con electrones no apareados y las cuatro interacciones fundamentales, pero aún necesita estos dos átomos colocados a una cierta distancia donde los efectos cuánticos “ayudan” a formar un enlace químico. Sin efectos cuánticos, estas líneas de base (átomos e interacciones fundamentales) no son suficientes para formar un enlace químico. Es obvio que cuando se forman los enlaces químicos, es importante no solo las propiedades de los átomos y las interacciones fundamentales, sino también la estructura del espacio-tiempo a distancias de varios angstroms (enlace químico a escala). Los efectos cuánticos del espacio-tiempo comienzan a afectar la interacción de los átomos (la casa comienza a afectar la interacción entre los residentes), sin ella, es imposible explicar la formación de un enlace químico.

Justificación teórica del enlace de tres electrones con una multiplicidad de 1.5 que puede explicarse por la estructura de la molécula de benceno y muchos otros compuestos orgánicos e inorgánicos.

La justificación del enlace de tres electrones se da aquí:
1. Confirmación experimental de la existencia del enlace de tres electrones y bases teóricas de su existencia. pp. 5-7 http://vixra.org/pdf/1606.0151v2
2. Complemento a la justificación teórica de la existencia del enlace de tres electrones. pp. 1-7 http://vixra.org/pdf/1606.0150v2.pdf

Se intentó explicar el mecanismo de interacción de las partículas en un estado cuántico enredado sobre la base de un nuevo modelo del Universo Interferente.
Complemento a la justificación teórica de la existencia del enlace de tres electrones. pag. 6: http://vixra.org/pdf/1606.0150v2.pdf

Revisión (127 páginas, versión completa). Benceno sobre la base del enlace de tres electrones. (El principio de exclusión de Pauli, el principio de incertidumbre de Heisenberg y el enlace químico). http://vixra.org/pdf/1710.0326v2

Aspectos mecánicos cuánticos de la teoría de resonancia de L. Pauling.
http://vixra.org/pdf/1702.0333v2

Bezverkhniy Volodymyr (viXra): http://vixra.org/author/bezverkhniy_volodymyr_dmytrovych

Creo que lo más importante aquí es señalar algunos detalles que no creo que se enfaticen lo suficiente en las clases de química, y que sin embargo son extremadamente importantes para abordar preguntas como esta.
Quiero decir, ¿por qué no 7 o 5 o 10 electrones? ¿Por qué específicamente 8?
He estado en esta situación antes. En el que hago una pregunta que creo que es una pregunta sobre la naturaleza fundamental de la materia, pero cuanto más la exploro, parece ser una pregunta sin sentido. El número real de electrones necesarios para estabilizar un sistema no es una cuestión que realmente deba preocuparnos. La pregunta que nos importa es si nuestras teorías pueden o no predecir ese número. Después de todo, en ciencia, le hacemos preguntas a la naturaleza, y la naturaleza nos da las respuestas. Entonces, en este caso, la naturaleza nos ha dicho 8 electrones, entonces la respuesta es 8 electrones. Creo que esa es una cosa que se enfatiza mucho más en física que en química. La naturaleza es el árbitro. Simplemente tratamos de racionalizar las decisiones del árbitro.
Los orbitales de valencia de los átomos están compuestos de suborbitales (syp). Hay un suborbital de 1 s que es esférico y puede contener 2 electrones (uno con giro hacia arriba y otro con giro hacia abajo). Hay 3 p suborbitales que tienen forma de pesa (se ven como dos globos unidos en los extremos) y se alinean a lo largo de los ejes x, y & z y sostienen un total de 6 electrones (2 por eje, 3 con giro hacia arriba y 3 con giro hacia abajo) . Dado que un átomo se satisface energéticamente cuando todos los electrones están emparejados y 2 + 6 = 8, un átomo debe tener 8 electrones en su capa de valencia para emparejar todos los electrones.

Sin embargo, la regla del octeto no se aplica a todos los átomos, para metales de transición y elementos posteriores hay un suborbital que puede contener 10 electrones adicionales, lo que significa que ahora un átomo puede tener 18 electrones en su capa de valencia para ser satisfechos. Esto permite que existan materiales como los complejos metálicos y el ion sulfato poliatómico a pesar de tener más de ocho electrones en la capa de valencia.
Si observa el hidrógeno (H) y el helio (He), verá que no prefiere una valencia de ocho electrones, sino una valencia de dos electrones: H forma, por ejemplo, H2, HF, H2O, He (que ya tiene dos electrones). y no forma moléculas). Esto se llama la regla del dueto. Además, los elementos más pesados, incluidos todos los metales de transición, siguen la regla acertadamente denominada de 18 electrones cuando forman complejos metálicos. Esto se debe a la naturaleza cuántica de los átomos, donde los electrones están organizados en capas: la primera (llamada capa K) tiene 2 electrones, la segunda (capa L) tiene 8, la tercera (capa M) tiene 18. Los átomos se combinan en moléculas intentando en la mayoría de los casos tener electrones de valencia llenando completamente una capa.

Finalmente, hay elementos que, en algunos compuestos químicos, rompen las reglas del dúo / octeto / 18 electrones. La principal excepción es la familia de moléculas hipervalentes, en la que un elemento del grupo principal tiene más de 8 electrones en su capa de valencia. El fósforo y el azufre son más propensos a formar moléculas hipervalentes, como PCl5, SF6, PO43–, SO42–, … Otros elementos incluyen I (p. Ej. En IF7), Si (Ph3SiCl), Xe (XeF4) y Cl (ClF5)
La respuesta corta es que su pregunta está mal formulada porque a menos que defina la capa de valencia de la que está hablando porque hay una capa de valencia que no tiene más de 8 electrones, entonces la capa de valencia PUEDE contener más de 8 electrones utilizando orbitales doof .
Espero que sea de ayuda.

Por lo que sé, cae una combinación de las energías de los depósitos y la simple ecuación de

[matemáticas] e = 2 (n ^ 2) [/ matemáticas]

siendo e el número de electrones en la enésima capa de electrones.

Esto nos da valores básicos para las capas en 2,8,18, y 32, restando cada uno de los valores de las anteriores nos da el número de electrones adicionales por capa, lo que se traduce en una subcapa adicional . Estos números de subshell son 2,6,10 y 14. Según algunas ecuaciones complejas para determinar la energía de cada shell que no entiendo completamente, las dos primeras subcapas, llamadas syp, son típicamente más bajas en energía que la otra dos conchas de la concha delante de ellos, por lo tanto, se llenan primero. Esto lleva a que 8 electrones se llenen en una capa superior, antes de que los electrones llenen el resto de los puntos en su capa. Aquí es de donde viene el número 8.

Todos estos factores de una forma u otra se pueden ver en la disposición de la Tabla Periódica:

La respuesta es armónicos esféricos y spin . El problema para los electrones de un átomo es que, naturalmente, se repelen entre sí, pero también deben estar muy cerca si todos están orbitando el mismo núcleo.

Parte de la solución es residir alrededor del núcleo como una onda que es ortogonal a todas las otras ondas. Estamos bastante familiarizados con las versiones 1D y 2D de este problema con armónicos en una cuerda de guitarra o parche de batería. En 3D, las ondas son los armónicos esféricos. Existe el fundamental (s-orbital), tres primeros armónicos (p-orbitales), cinco segundos armónicos (d-orbitales), siete terceros armónicos (f-orbitales), y continúan. Para elementos de la segunda fila como C, N, O, esto nos permite tener hasta cuatro electrones en ondas ortogonales: s-orbital y 3 p-orbitales.

Los electrones tienen otro truco para evitar interactuar entre ellos, y eso es girar. El giro electrónico es una característica mecánica cuántica que no tiene un análogo real en el mundo macroscópico, lo siento. Matemáticamente, el punto importante es que un electrón de espín ascendente es ortogonal a un electrón de espín descendente. Esto nos permite poner dos electrones en cada orbital, dándonos ocho electrones para los elementos de la segunda fila.

La regla del octeto es útil, pero es una simplificación excesiva y solo particularmente útil en química orgánica muy simple. La respuesta simple es que, para muchos átomos relevantes para la química orgánica, tener una capa con 8 electrones es, con mucho, el más energéticamente favorable (estado de baja energía) si se realizan los cálculos de mecánica cuántica.

Mientras tanto, para muchos otros elementos, como los metales de transición, la regla del octeto está fuera de la ventana, y se aplica la regla general de los 18 electrones, esto es, una vez más, simplemente el resultado de la configuración de electrones más favorable desde el punto de vista energético, basada en cuántica Cálculos mecánicos.

Esto sucede debido a la regla del octeto. Se refiere a la tendencia de los átomos a preferir tener ocho electrones en la capa de valencia . Cuando los átomos tienen menos de ocho electrones, tienden a reaccionar y formar compuestos más estables. Cuando discutimos la regla del octeto, no consideramos dof electrones. Solo los electrones syp están involucrados en la regla del octeto, por lo que es útil para los elementos representativos (elementos que no están en el metal de transición o en los bloques de metal de transición interna). Un octeto corresponde a una configuración electrónica que termina con s² p6.

Los átomos reaccionarán para llegar al estado más estable posible. Un octeto completo es muy estable porque todos los orbitales estarán llenos. Los átomos con mayor estabilidad tienen menos energía, por lo que una reacción que aumenta la estabilidad de los átomos liberará energía en forma de calor o luz. Las reacciones que disminuyen la estabilidad deben absorber energía, volviéndose más frías.

La estructura nodal de una función de onda de Schrödinger es tal que n = (nr + 1/2) + (+1/2), donde nr es el número de nodos radiales y es el número de nodos angulares. La capa más baja (n = 1) tiene dos electrones, y eso se debe a que los electrones pueden emparejarse, es decir, dos electrones pueden ocupar un “orbital”. La siguiente capa (n = 2) permite un nodo, y los electrones pueden emparejarse, por lo tanto, ese nodo puede ser radial (Li) o angular (tres orbitales p, porque hay tres dimensiones). Del mismo modo, para n = 3, 2 nodos pueden ser radiales (s electrones), 1 cada uno (p electrones) o los dos angulares, con las distintas matrices, que definen los d orbitales. En resumen, la razón es el Principio de Exclusión.

También puede argumentar que el número = 2n ^ 2, que también es el área de lo que sería la superficie definida por el radio de Bohr, pero no lo acepto exactamente, porque el área de la superficie no está tan definida porque los elementos encuentran que sus orbitales están más unidos. Por supuesto, también hay un campo más positivo, pero no estoy al tanto de una relación matemática que conduzca a la cancelación de estos dos efectos.

Nota interesante … Vi un programa sobre la partícula de Dios, el Higg-Bosun, y esto ha llevado a una teoría opuesta a la teoría de partículas, llamada teoría de partículas.

Afirma que hay 5 partículas Higg-Bosun, y están formadas por quarks de colores … por lo que no son partículas separadas y últimas, sino la combinación de 3 quarks.

También teoriza que la masa oscura también está hecha de 3 quarks, lo que ayuda a que sus matemáticas funcionen en este nuevo enfoque. Parece que tienen más problemas para comprender la esencia misma de la materia … tratando de reducir una estructura atómica en las partículas separadas que los componen … gluones, mesones, quarks, etc. Piensan que en la escala de Planc, hay un trasfondo de espuma cuántica sobre la cual estas partículas crean el mundo microscópico que nos da átomos y electrones. Salvaje.

Me he preguntado sobre este tema también. Las respuestas que he encontrado generalmente usan las reglas de la química cuántica como explicación. Pero si bien estas reglas son consistentes, no proporcionan el tipo de explicación que yo y otros encontrarían más satisfactorio, aunque la noción de que podríamos llamar “ajuste de onda” parece un paso en la dirección correcta.

Para ir más lejos, propondría esto como punto de partida: me parece que tiene que haber alguna relación entre una capa externa completa y la capacidad de construir una disposición de energía de bajo potencial. Usando el caso de una diatómica como H2 por simplicidad, existe una disposición de energía de bajo potencial a una distancia particular a la que no hay fuerza de atracción ni de rechazo. Entonces, la pregunta es: ¿por qué la creación de una capa externa completa para un par de átomos de hidrógeno produce una disposición de energía de bajo potencial … “distancia de unión” … en la cual hay fuerza cero?

Resumen ejecutivo: Los átomos con conchas cerradas resisten la unión covalente.

Una capa cerrada se refiere a un número estable de electrones de valencia en la órbita externa de un átomo. Típicamente, 8 electrones de valencia hacen que un átomo sea químicamente inerte y relativamente estable. Los gases nobles (Grupo 18 de la Tabla Periódica) son un gran ejemplo, cada átomo disfruta de 8 electrones en su capa de valencia, con la excepción de Helio, que Dania Tabbara nos recuerda que tiene dos porque esa es la cantidad de electrones necesarios para un átomo con 1 capa de electrones para ser estable.

¿Por qué 8 electrones de valencia son el número mágico para que un átomo de múltiples capas sea químicamente inerte? Eso está más allá de mi experiencia. Solo podría especular que 8 electrones de valencia dan como resultado una cobertura óptima de la órbita externa de un átomo, de modo que las fuerzas atractivas y repulsivas dentro del átomo son lo suficientemente sustanciales como para que las fuerzas covalentes de otros átomos sean insignificantes.

La estructura del átomo se refleja en la estructura del electrón. En realidad, hay diferentes masas de electrones para cada Shell que refleja una suma de la longitud de la fila. Puede pensar que esto es una locura, pero puedo mostrar que los átomos estables se basan en una proporción de 1 a 1 de neutrones a protones, y esto también mostrará por qué en algún momento obtienes Alpha Decay y a veces obtienes Beta Decay.
Las longitudes de fila en sí mismas son fáciles. Son solo 2n ^ 2. Pero esa fórmula simple también significa algo físico en un nivel mucho más profundo.
No te preocupes, todo viene a un Blog cerca de ti:

Gravedad cuántica explicada

Es interesante que todas sus respuestas hasta la fecha solo indiquen “es lo que es”, pero nada en cuanto a su “por qué”. Una respuesta hizo referencia a la distancia y la fuerza de unión como posibles razones.

La respuesta más directa a ‘por qué’ es que se debe a la estructura y los componentes del núcleo. La mayor cantidad de protones en el núcleo da como resultado una mayor fuerza de carga electrostática positiva neta de ese núcleo. Esa carga positiva neta general requiere una correspondencia electrostática con electrones negativos para convertirse en una carga neutra general. Esto se debe a que todas las electrocargas son impulsadas naturalmente por la fuerza de carga para atraer y unirse con cargas opuestas hasta que se neutralizan de manera efectiva.

Por lo tanto, los electrones más cercanos estarán estrechamente unidos a cargas positivas en el núcleo. Mientras que las cargas externas se sujetarán más libremente al núcleo y pueden ser emitidas por fuerzas externas. En general, no se trata de “capas” como una nube de electrones alrededor de un núcleo con un gradiente de unión y movimiento.

Más información sobre la formación de materia en: “Modelo de Física MC de Partículas Subatómicas usando Mono-Cargas”, http://viXra.org/pdf/1611.0080v1.pdf

Como se indicó en las otras respuestas, se trata de mecánica cuántica. Las respuestas aquí son demasiado profundas o superficiales. Déjame intentar un término medio.

La utilidad de la regla del octeto es principalmente para moléculas que están hechas de átomos no metálicos. Con la excepción del hidrógeno y el helio, los no metales son los rellenos de electrones p en el lado derecho de la tabla periódica. Y más abajo en la mesa, los metales invaden el lado izquierdo de los rellenos p. De todos modos, los átomos de relleno p tienen electrones de valencia en los subniveles syp. El subnivel s puede contener 2 electrones y el subnivel p puede contener 6 electrones. De ahí proviene la estabilidad de 8 electrones. Incluso cuando los átomos no metálicos se combinan en moléculas, hay suficientes orbitales para ocho electrones. La unión se produce cuando los electrones se comparten entre los átomos, por lo que cada átomo tiene 8 electrones. Los núcleos de los átomos vecinos son atraídos por los mismos electrones entre ellos, lo que se denomina enlace. Cuando los átomos forman moléculas, los subniveles syp generalmente cambian significativamente o se “hibridan”. Sin embargo, todavía hay suficientes orbitales para 8 electrones alrededor de cada átomo.

Hay alrededor de 5 excepciones a la regla del octeto. Aquí cito dos excepciones. Lo más notable es que el hidrógeno (y el helio) no tiene valencia p subniveles, por lo que el hidrógeno (y el helio) solo pueden tener 2 electrones. Como el helio neutro tiene 2 electrones, no es posible compartirlo, por lo que no produce moléculas. El hidrógeno neutro tiene solo un electrón y tiene la capacidad de atraer 2 electrones, por lo que se une con otros átomos no metálicos. Algunos de los átomos no metálicos más grandes pueden hibridarse usando d subniveles y expandir su octeto a aún más electrones. Por supuesto, la mayoría de los átomos no metálicos atraen 8 porque pueden acomodar electrones de valencia sy p.

Los principales números cuánticos para átomos aislados son n, l, m (l) ym (s). Cada electrón tiene su propio conjunto único de estos cuatro números cuánticos para cada átomo. Los valores de n = 1,2,3, … corresponden al número de período en la tabla periódica para los átomos no metálicos. Para s electrones, l = 0 forzando m (l) = 0. Entonces, hay 2 s electrones porque m (s) = + 1/2, -1 / 2. Para p electrones, l = 1 permitiendo m (l) = 1,0, -1. Entonces, el subnivel p tiene 6 electrones posibles porque los valores de 3 m (l) (1,0, -1) se combinan con los valores de 2 m (s) (-1 / 2, + 1/2).

No sé por qué 8 electrones forman una capa estable, pero sí sé que se dice que el átomo que ha alcanzado 8 electrones en su capa más externa ha alcanzado un octeto. Alcanzar un octeto hace que un átomo sea estable.
También preguntaste por qué 2 electrones no forman una capa estable. Dos electrones forman una capa estable, en el caso del helio, que es un gas noble, y el hidrógeno y el litio, cuando intercambian electrones mientras se unen, o cuando comparten electrones. Un átomo que tiene 2 electrones en su capa más externa es estable, y se dice que ha alcanzado un duplet.

Una capa más externa no tiene más de 8 electrones (2 en el orbital s y 6 en los tres orbitales p) porque después de que las subcapas syp están llenas, agregar otro electrón comenzará a llenar la subcapa s de la siguiente capa más lejos, lo que luego se convierte en la capa más externa. http://en.wikipedia.org/wiki/Auf … La única excepción es el elemento 46, paladio, donde la subcapa 5s se vacía para completar la subcapa 4d, dejando la capa 4 con 18 electrones como la más externa.

La subcapa de p (electrones de valencia 3 a 8) de la capa más externa no comienza a llenarse hasta que se llenan las subcapas s, p, d (hasta 18 electrones) de la capa anterior, que a su vez no se llenan hasta que s , p, d, f subcapas (hasta 32 electrones) más adentro están llenas, por lo que hay muchos más elementos con capas externas que consisten en un electrón (hidrógeno, 5 álcalis, 9 metales de transición y nobles) o especialmente un completo s subshell de dos s electrones (56 elementos) que elementos con capas exteriores que incluyen de uno a seis electrones p (elementos 5-10, 13-18, 31-36, 49-54, 81-86). http://en.wikipedia.org/wiki/Ele

Las capacidades máximas 2, 8, 18, 32 son cada una dos veces el cuadrado del número de caparazón, dos veces porque para cada electrón con espín positivo puede haber un electrón idéntico con espín negativo. Los cuadrados 1, 4, 9, 16 = 1, 1 + 3, 1 + 3 + 5, 1 + 3 + 5 + 7 se deben a que el número de subcapas está limitado por el número del caparazón en el que se encuentran y el número El número de orbitales en una subshell está limitado por el número de la subshell, pero los números de los orbitales pueden ser negativos, dando posibles números orbitales (0), (-1, 0, 1), (-2, -1, 0, 1 , 2) y (-3, -2, -1, 0, 1, 2, 3), entonces 1, 3, 5, 7 pares de electrones en subcapas sucesivas. http://en.wikipedia.org/wiki/Qua

Si bien no estoy completamente seguro (soy un estudiante de química en el nivel O), mi teoría es que crea una capa estable porque esa es la cantidad de electrones en un gas noble. Llena el caparazón ya que el núcleo puede contener 8 electrones en un caparazón estable, pero no menos (excepto en el primer caparazón, hay 2 está lleno). Pero bueno, eso es solo una teoría. Una teoría química. Gracias por leer.

Bueno, creo que es porque la capa se vuelve inestable si no tiene 8 electrones y tiende a reaccionar para ser estable,

Cuando escribí inestable, quise decir eléctricamente inestable porque sabes que los electrones y los protones tienen la misma carga, pero si eso es cierto, entonces cada átomo que no tiene igual de protones y electrones debería tener una carga negativa en general, porque los electrones no están al lado de los protones. para cancelar su carga, como el estado electrostático básico sobre la superposición, cada átomo que está en el radio de los electrones debería sentir la repulsión y la débil atracción de los protones.

Regresando a 8 electrones Probablemente haga que la repulsión sea completamente neutral al posicionarse alrededor de la cubierta de tal manera que la fuerza de repulsión neta sobre el átomo de prueba sea neutral. .

Bueno, esa es mi teoría, los derechos de autor reservados. Tal vez esté mal y, por lo tanto, mi cerebro siempre está abierto a nuevas teorías. Obtuviste un mejor comentario de respuesta.

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