La distancia promedio más grande entre electrones de espín similar reduce la energía de repulsión electrón-electrón, que es la razón de la estabilidad de los estados de espín altos. Y si bien es cierto que para cada par de electrones, la energía de repulsión electrón-electrón disminuye a medida que aumenta la distancia promedio, se demostró que en toda la energía de repulsión electrón-electrón para el sistema molecular en un estado de espín alto es en realidad mayor que en un estado de giro más bajo.
Por lo tanto, la explicación moderna de la energía más baja de los estados de alto espín es que una distancia promedio mayor entre los electrones también conduce efectivamente a una menor detección del núcleo, es decir, cada electrón experimenta una carga nuclear efectiva más grande. Como resultado, los electrones no apareados pueden acercarse más al núcleo y aumenta la atracción de electrones nucleares. Y este aumento en la energía de atracción de electrones y nucleares (que es negativo) supera el aumento mencionado anteriormente en la energía de repulsión de electrones y electrones (que es positiva) que conduce a una mayor estabilidad de los estados de espín altos.
Para aclarar esto, considero el caso de un átomo de helio excitado con la configuración electrónica 1s1 2s1
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Para el caso singlete y el caso triple (suponiendo la aproximación orbital, en la que la función de onda de muchos electrones exactos se aproxima como un producto de las funciones de onda de un electrón. En ese sentido, los sentidos 1s, 2s, etc. que figuran a continuación son similares a los orbitales atómicos hidrógenos, pero no lo son exactamente lo mismo.
Notación: 1s (.), 2s (.) [Matemática] 1s (.), 2s (.) [/ Matemática] etc. son los orbitales espaciales y α (.), Β (.) [Matemática] α (.) , β (.) [/ math] son las funciones de giro. El número entre paréntesis es una etiqueta para el electrón. Por ejemplo, 1s (1) [matemática] 1s (1) [/ matemática] significa que el electrón uno está en el orbital 1s [matemática] 1s [/ matemática] , y α (1) [matemática] α (1) [/ matemática ] significa que el electrón uno está girando.
El hamiltoniano es
Los electrones no apareados conducen a una detección más pobre, y el aumento de la interacción electrón-núcleo es lo que conduce a la disminución de la energía (a pesar de una mayor repulsión de electrones-electrones en este caso).
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PD: Como requería una explicación mecánica cuántica, aquí está. Aunque es demasiado complejo para ser entendido, el párrafo inicial da la mejor explicación posible.
Fuente: ¿Por qué los orbitales llenos y medio llenos son los más estables?
