La palabra “equilibrio” en su pregunta puede ser mal utilizada.
La estructura de las capas orbitales no solo proviene de la consideración de equilibrar la carga eléctrica en un núcleo. En cambio, la estructura orbital proviene de la solución de la ecuación de Schroedinger. Sin entrar en demasiados detalles, hay un montón de soluciones a esta ecuación que toman la forma de funciones llamadas “armónicos esféricos”, y cada orbital electrónico corresponde a una de estas funciones armónicas esféricas.
Eso no llega hasta allí, por cierto. Todavía no explica, al menos explícitamente, lo que sucede dentro de cada orbital. Por ejemplo, el simple hecho de saber que los orbitales provienen de funciones esféricas armónicas no le dice, por ejemplo, el Principio de Exclusión de Pauli. Eso viene de otra cosa: la mecánica estadística.
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En pocas palabras, la estructura de los orbitales atómicos es complicada. No es insondablemente complicado, pero es digno de un semestre o dos de estudio universitario para desarrollar toda la maquinaria y revisar completamente todos los fundamentos.
