¿Por qué las sub-carcasas se llenan diagonalmente y no horizontalmente?

Answer 1

La física necesaria para justificar el orden en que se llenan las conchas está sorprendentemente involucrada, sin embargo, el principio básico tiene que ver con la cantidad de energía que se necesita para poner un electrón en cada capa. Cuando agrega otro electrón a un átomo, tenderá hacia la capa que requiere la menor cantidad de energía.

Clásicamente, esto solo significaría poner todos los electrones en el estado fundamental. Desafortunadamente, para la frustración de los estudiantes de química principiantes en todas partes, la mecánica cuántica no es tan simple. Tenemos lo que se llama el principio de exclusión de Pauli: dos fermiones (electrones) no pueden ocupar el mismo estado.

Bueno, no es gran cosa, así que solo tenemos que agregar más conchas. Entonces esos se llenarán como 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 3d, 4s, etc. ¿verdad? Bueno, para la frustración de los estudiantes de química en todas partes, la mecánica cuántica no es tan simple (de nuevo). Esencialmente, lo que sucede es que cuando agregas más electrones, la interacción entre esos electrones comienza a dominar la interacción entre el núcleo y los electrones. Recuerde que esta interacción es eléctrica, como las cargas se repelen, a diferencia de las cargas se atraen. Todos los electrones están cargados negativamente, por lo que se repelen entre sí. Esta interacción no es un gran problema hasta los estados n = 1 y 2, pero por encima de eso se pone un poco torpe.

Así que resulta que un estado como 4s, que está más alejado del núcleo que el 3d, en realidad necesita menos energía para rellenar que el 3d. Por lo que sé, no hay una manera fácil de obtener este resultado, solo tiene que tomar nuestra palabra y memorizar la orden (o, si tiene un profesor particularmente indulgente, consulte su tabla periódica). Solo debes saber que hay una razón para ello, pero no podrás verlo por ti mismo hasta tu último año de secundaria o bachillerato en física o química. Lo siento :(.

Answer 2

La respuesta simple es que el nivel 4s tiene una energía menor que los niveles 3d. Eso plantea la pregunta, ¿por qué? Verá que algunas personas afirman que computacionalmente, así es como sucede en la mecánica cuántica, pero esa respuesta roza el inepto porque no podemos resolver la ecuación de Schrödinger para tantos electrones, y lo que sucede es que los cálculos llevan constantes que tienen para validarse por comparación con la observación, es decir, los cálculos se ajustan para que coincidan con lo que vemos, por lo que si bien es necesario para su uso en química computacional, no es una explicación.

He ofrecido una alternativa. (IJ Miller 1987. La cuantización de la constante de detección. Aust. J. Phys. 40 : 329-346.) Básicamente, esto indica que el concepto de detección deficiente es en gran medida incorrecto, y se aplica un efecto cuántico adicional que permite una reducción en el número de nodos de función de onda, y particularmente nodos radiales. Por lo tanto, la constante de cribado para el cesio es de aproximadamente 3.25, pero si lo piensa, ¿por qué la estructura similar del anión xenón no muestra una gran estabilidad, con un valor de Z de aproximadamente 2? De hecho, el xenón no forma un anión en absoluto (su afinidad electrónica es esencialmente cero). Si acepta el cambio de la estructura nodal, la respuesta es que el nivel 4s tiene mayor capacidad para disminuir su energía del patrón de hidrógeno. El resto se complica, así que lea el documento o el capítulo de mi libro electrónico “Ondas de orientación”, este último, sin restricciones de página, puede dedicar más tiempo a ofrecer una explicación.

Answer 3

En cierto modo, estos términos provienen de la historia de la mecánica cuántica, ¡pero eso no es parte de la versión clara y concisa! 😉

Las carcasas representan los niveles de estructura más ‘grandes’, y están formadas por subcasas, que están formadas por orbitales.

Un orbital puede contener un máximo de dos electrones, un spin-up y un spin-down. (Esto se llama el “Director de exclusión de Pauli”.

El primer shell solo tiene un sub shell, que contiene un orbital, por lo que puede contener un máximo de dos elecciones.

El segundo shell tiene dos sub shells. Uno tiene un orbital en él, por lo que un total de 2 electrones, y el otro tiene 3 orbitales, para un total de 6. Eso significa que, en total, la segunda capa puede contener 8 electrones.

La tercera concha tiene tres sub shelles. Uno con un orbital (2 e-), uno con tres (6 e-), uno con cinco (10 e-), para un total de 18 electrones.

Y así sucesivamente … Los orbitales se llenan desde la energía más baja a la más alta, y algunas veces un orbital en una cubierta de mayor número tendrá una energía más baja que uno en una cubierta inferior …

De todos modos, esta es la versión corta y simple: agregue un comentario si desea más detalles sobre cualquiera de ellos.