¿Por qué los átomos necesitan 8 electrones de valencia para ser estables? ¿Qué pasa con las repulsiones de electrones?

Answer 1

Una de las características de la mecánica cuántica es que existe un tipo de interacción entre los fermiones (electrones) que no tienen un análogo clásico. Esta es la llamada interacción de intercambio, que es la más grande entre los electrones del mismo giro en la misma sub-capa (por ejemplo, s, p, d, ..). En general, es de una magnitud similar a la repulsión de Coulomb, que tiene lugar entre todos los electrones, independientemente del giro. En términos muy simples, la mayoría de las veces, la mayor parte de la repulsión de Coulomb se cancela mediante la interacción de intercambio estabilizador.
El otro factor contribuyente es cuán bajo (energéticamente) es el orbital correspondiente. Esto depende en gran medida de la electronegatividad (~ carga) del núcleo.

Entonces, en caso de Nitrógeno, si agrega un electrón, hay una interacción adicional de Coulomb, pero solo un pequeño efecto de contrapeso debido al intercambio (el intercambio solo funciona para electrones del mismo giro, todos los electrones ya presentes en la capa p tienen opuestos girar). El flúor, por otro lado, tiene una capa p mucho más baja (energéticamente), en comparación con el nitrógeno, y parte de la repulsión de culombio se anula, ya que ya hay dos electrones del mismo giro en la capa p.

Espero que tenga sentido.

Answer 2

Si supiéramos la respuesta a esto, ganaríamos un Premio Nobel. En términos de repulsión de electrones, simplemente no sabemos. Tan pronto como tiene más de un electrón, introduce el concepto de interacciones electrón-electrón y nuestra matemática se rompe.

Incluso el caso más simple del átomo de helio no es comprensible completamente en términos matemáticos. Y eso tiene solo 2 electrones en la primera capa, no importa 8 electrones en la segunda y tercera cubierta.

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