¿Por qué los electrones existen como pares en orbitales atómicos? ¿Qué los une?

Gracias por el A2A.
Es gracias al principio de exclusión de Pauli.

Los electrones tienen una degeneración inherente asociada a ellos. Vienen en dos estados de giro, los estados arriba y abajo. Como son fermiones, no hay dos electrones que puedan ocupar el mismo estado electrónico. Cuando los electrones ocupan orbitales o estados de energía de un átomo, ocupan estados de energía individuales. Pero como los electrones tienen dos estados de espín, cada función propia del potencial atómico está ocupada por dos electrones. Uno de cada estados de giro.

Para entenderlo más, considere la función propia [math] \ psi_ {2p} [/ math]. El estado propio es el resultado de resolver la ecuación de Schrödinger para una partícula cargada negativamente en presencia de un núcleo atómico. Pero una vez que consideramos los estados de giro, el estado propio de un electrón se convierte en [matemáticas] | \ psi_ {2p \ uparrow}> [/ matemáticas] y [matemáticas] | \ psi_ {2p \ downarrow}> [/ matemáticas]. De este modo, permite que dos electrones ocupen aparentemente dos estados propios diferentes.

La presencia de estos estados propios se puede ver aplicando un campo magnético. Esto da como resultado la división de Zeeman del espectro de emisión.

NOTA: ocupar el mismo estado propio no significa que ocupen un espacio posicional similar.

No necesariamente existen en pares. Mira la tabla de elementos. Elementos como 1.hydrogen, 3.lithium, 5.boron, e incluso 6.carbon (!), En su estado fundamental atómico, tienen un orbital con el único electrón. Obviamente, cualquier átomo impar (aislado y neutro) debe tener un electrón no apareado, pero los electrones no apareados en los orbitales pyd también son ubicuos para los átomos pares.

Nada esencial une a los electrones como pares en los átomos ; Un acoplamiento de giro puede descontarse en muchas situaciones, ya que es débil. Los pares de átomos (pero no iones y moléculas) son tan comunes solo porque un orbital puede contener de 0 a 2 electrones, y cada electrón tiende a “caer” al estado más bajo disponible.

El poder de la imaginación.

Tiene que ver con los tipos de experimentos que podemos hacer para distinguir diferentes características y efectos en un átomo. Por ejemplo, si el experimento no puede distinguir el giro o el momento angular orbital, el giro de la órbita o el acoplamiento de giro-giro, etc., solo se obtienen los niveles de energía principales: los “depósitos”. En cuyo caso, el experimento clasifica los electrones en las 2 energías más bajas, luego las 8 junto a las más bajas, luego las 18 siguientes más bajas y así sucesivamente.

En el ejemplo en el que está pensando, los experimentos no pueden distinguir la diferencia entre los electrones que giran hacia arriba y hacia abajo, por lo que el experimento los clasifica en pares.

Hay un cuerpo de teoría que tiene sentido de cómo se produce esta clasificación en términos de los estados propios de un potencial.

Lo que los mantiene en el átomo es la carga positiva del núcleo. Lo que hace que ocupen diferentes orbitales son las reglas de la mecánica cuántica que dicen que no hay dos fermiones (los electrones son fermiones) que pueden ocupar el mismo estado.

No hay unión entre ellos. Los pares existen porque están en el mismo estado, excepto que uno tiene un giro hacia arriba y el otro tiene un giro hacia abajo.

“Puede haber dos electrones en un máximo orbital. El subnivel s tiene solo un orbital, por lo que puede contener 2 electrones como máximo. El subnivel p tiene 3 orbitales, por lo que puede contener 6 electrones como máximo. El subnivel d tiene 5 orbitales, por lo que puede contener 10 electrones como máximo “. – http://web.gccaz.edu/~ksmith8/re

Como desea saber por qué en física, no es un término válido. Porque la física explica cómo funciona el sistema, no por qué está allí. Como la física tiene que ver con la observación y la experimentación, no sabemos por qué algo funciona de la manera en que lo hace. Ahora respondamos la pregunta. Te explicaré cómo pero no puedo explicar por qué.

Para un electrón tiene giro en sentido horario o giro en sentido antihorario. Pero no puede permanecer estacionario. Entonces, de acuerdo con el principio de exclusión de Pauli, ningún electrón puede tener el mismo conjunto de números cuánticos. Entonces, para cancelar, tenga un conjunto diferente de no cuántico. y para ser neutral magnéticamente un orbital debe contener dos electrones para que el giro de un electrón sea cancelado por el otro.

Debido al Principio de Exclusión de Pauli, los electrones deben tener conjuntos completamente únicos de números cuánticos. Dentro del mismo orbital, solo un factor puede cambiar: girar. Solo hay dos giros posibles: puede ser ½ o -½. Por lo tanto, puede haber como máximo dos electrones en cada orbital (que no debe confundirse con las subcapas y las capas en las que residen).

Cualquier orbital se define por un conjunto de ‘números cuánticos’. El principio de exclusión de Pauli requiere que los números sean diferentes para cada electrón. El número cuántico de ‘prioridad más baja’ especifica si un electrón está ‘girando hacia arriba’ o ‘girando hacia abajo’. Por lo tanto, cualquier orbital puede estar ocupado por un máximo de 2 electrones de giro opuesto.

¡Esto no quiere decir que los orbitales tengan que tener un par de electrones! Cualquier orbital puede tener ninguno, uno o dos electrones. ¡No hay ‘unión’ de pares!

Como son fermiones, no hay dos electrones que puedan ocupar el mismo estado electrónico . Cuando los electrones ocupan orbitales o estados de energía de un átomo , ocupan estados de energía individuales. … El estado propio es el resultado de resolver la ecuación de Schrödinger para una partícula cargada negativamente en presencia de un núcleo atómico .