¿Por qué los orbitales medio llenos y completamente llenos son más estables que los orbitales parcialmente llenos?

La respuesta es Hermosa, Hermosa SIMETRÍA
Los átomos existen en los orbitales, y un orbital tiene dos electrones. De acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, ¡dos electrones exactamente idénticos entre sí, odian estar en el mismo lugar! Es decir, los electrones no tienen la misma configuración. Entonces, en un orbital que puede contener 2 electrones, cada electrón tiene un giro opuesto. En sentido horario y antihorario, lo que le da estabilidad. Eso es todo lo de momento angular conservado aquí cosas.
Ese es el fondo necesario.
Llegando a tu pregunta,
Ahora, según el principio de Aufbau, los electrones con el mismo giro se llenan primero. Entonces, en un orbital D, los primeros cinco electrones con giro en sentido horario (digamos) se llenan primero. Luego, la voluntad de seis electrones de giro en sentido antihorario que aumentará la energía general del sistema a medida que los electrones con espín opuesto se repelen entre sí. Así obtenemos más estabilidad en el quinto electrón, o en general en el orbital medio lleno.
La misma historia en orbitales completamente llenos, ya que cada electrón tiene una contraparte y todos están contentos.

Otro factor a considerar es el intercambio de energía. A los electrones les encanta deambular, en su subcapa, y un electrón extra antihorario extra solo aumentará la energía total y disminuirá la estabilidad.

Espero que esto sea suficiente

Supongo que está preguntando esto debido a algunas configuraciones de electrones inusuales que ha encontrado, así que voy a seguir adelante y estar en desacuerdo con casi todas las otras respuestas y decirle que los orbitales llenos a la mitad y completamente no son más estables menos prácticamente). Este es un gran mito que se ha perpetuado para explicar las configuraciones anómalas de electrones de algunos de los metales de transición. Generalmente, Cr y Cu se dan como ejemplos ya que sus configuraciones son [matemáticas] [Ar] 4s ^ 1 3d ^ 5 [/ matemáticas] y [matemáticas] [Ar] 4s ^ 1 3d ^ 10 [/ matemáticas] en lugar de ” predicho “[matemáticas] [Ar] 4s ^ 2 3d ^ 4 [/ matemáticas] y [matemáticas] [Ar] 4s ^ 2 3d ^ 9 [/ matemáticas]. Las personas generalmente omiten elementos como el niobio, el rutenio y el rodio que también tienen configuraciones extrañas pero no conchas medias o completas ([matemáticas] [Kr] 5s ^ 1 4d ^ 4 [/ matemáticas], [matemáticas] [Kr] 5s ^ 1 4d ^ 7 [/ matemáticas] y [matemáticas] [Kr] 5s ^ 1 4d ^ 8 [/ matemáticas]).

Tampoco verá esta tendencia en el caparazón p y si observa una gráfica de las energías de ionización encontrará que [math] p ^ 3 [/ math] y [math] p ^ 6 [/ math] las columnas están en sus líneas de tendencia esperadas, sin una estabilización adicional notable. También debe tener en cuenta que la columna [matemática] p ^ 4 [/ matemática] es, previsiblemente, más baja que la [matemática] p ^ 3 [/ matemática] debido a la repulsión culombiana añadida del emparejamiento de electrones. Las energías de emparejamiento de electrones son los verdaderos culpables en muchas de las configuraciones anómalas.

Para el cromo, resulta que los orbitales 4s y 3d están prácticamente degenerados. Esto significa que la energía requerida para emparejar dos electrones en el orbital 4s es mayor que la energía requerida para subir y poner un electrón en el orbital 3d. No es necesario invocar energía de intercambio de electrones aquí. Para Cu, el orbital 3d es simplemente más bajo en energía que los 4 y más bajo que la energía de emparejamiento, por lo que se llena primero. El problema es que cada átomo debe considerarse de forma independiente. La estructura electrónica y, por lo tanto, el orden de los orbitales no está completamente fijo, varía de un átomo a otro, por lo que es mucho más fácil invocar este mito “medio lleno o completamente lleno” para explicar las cosas.

Agregaré que no creo que la simetría juegue ningún papel aquí. Sin embargo, la energía de correlación de intercambio se está estabilizando, como han dicho algunas de las otras respuestas, pero en la mayoría de los casos tiene un efecto insignificante. Todo lo que realmente nos dice es que los electrones no apareados deberían tener el mismo giro.

Creo que se puede explicar usando la mecánica cuántica.

Se dice que el movimiento de los eses con giros emparejados está “ correlacionado ”, es decir, los pares se mueven juntos, pero los no emparejados siempre permanecen relativamente más separados entre sí. Como resultado de esto, los pares de pares tienen mayor energía y, por lo tanto, menor estabilidad, lo que se observa en el caso de orbitales parcialmente llenos.

Pero en el caso de eses no apareados, la repulsión es menor y, por lo tanto, es más estable, lo que se observa en el caso de orbitales medio llenos.

Esta es la razón por la cual Cr tiene la configuración electrónica como d5 s1 y no d4 s2.

Debido a la simetría, el orbital medio lleno y lleno tiene mayor estabilidad.

Si vemos este asunto en perspectiva cuántica, debido a la simetría e- tenemos más opciones para permanecer en cualquier orbital que aumente la entropía o la aleatoriedad si se dice termodinámicamente.

La entropía adicional o más libertad conduce a sistemas más estables.

La regla es que un átomo con una cubierta completamente llena está inactivo y estable, por ejemplo, átomos con 2 electrones, 8 electrones, 10 electrones, 12 electrones con capas completamente llenas, por lo tanto, son inactivos y más estables.

Creo que está hablando de subcapas porque es bastante obvio que el efecto de equilibrio entre sí es similar, por lo tanto, un ORBITAL emparejado es estable que medio lleno.

Pero en el caso de las subcapas Hay dos razones de estabilidad:
1. Simetría : las subcapas llenas hasta la mitad y llenas conducen a la simetría y la simetría siempre aumenta la estabilidad en la naturaleza.

2. Intercambiar energía: en subcapas llenas hasta la mitad y llenas hay un máximo de no. De los intercambios que liberan energía, por lo tanto, aumenta la estabilidad. El intercambio de es también puede entenderse como la deslocalización de es que es similar a la resonancia y la resonancia siempre aumenta la estabilidad.

Medio orbital lleno y completamente lleno tienen simetría, lo que resulta en energía de estabilización adicional. Para más detalles, consulte NCERT Chemistry 11 xlass part-1