¿Por qué sólo los electrones participan en las reacciones químicas?

Question

He aprendido que en las reacciones químicas sólo intervienen los electrones y que los protones no hacen nada (los neutrones son eléctricamente neutros, por lo que no hacen nada). ¿Por qué es así si los protones están cargados positivamente y sin ellos, los electrones del otro átomo no serán atraídos (y como los electrones son como cargas no creo que interactúen entre sí)?

Answer 1

La naturaleza de un electrón es más compleja que la de una sola partícula cargada. Una vez que se llega al nivel cuántico, nuestra intuición sobre cómo interactúa la materia con otra materia falla.

Una respuesta sencilla a su pregunta es que los electrones ocupan un volumen mucho mayor que los núcleos. Cuando dos átomos se acercan, sus electrones "chocan" e interactúan mucho antes que sus núcleos.

También tienes razón en que el núcleo de un átomo vecino es esencial para que los electrones interactúen entre sí. Si no hubiera carga positiva para atraer a otro electrón, no se formaría un enlace. El punto que su instructor estaba tratando de transmitir es que en la mayoría (excluyendo las reacciones nucleares) de las reacciones químicas, los electrones son las especies que se mueven y formar/romper lazos .

Si desea un debate más profundo sobre la verdadera naturaleza cuántica de los electrones y sus interacciones, debería consultar Conferencia Nobel de Mulliken de 1966. Es una gran introducción.

Answer 2

Porque la química tiene que ver con bonos y los enlaces están hechos de electrones

Una definición razonable de la química es la ciencia de cómo cambian y reaccionan las sustancias. La mayor parte de esos cambios e interacciones están causados por cambios en los enlaces (reordenamientos, ruptura y formación de nuevos enlaces). Así que, como la mayor parte de la química trata de lo que ocurre con los enlaces, la mayor parte de la química trata de los electrones.

Pero el número de electrones y la forma en que se organizan en el espacio están determinados por las cargas nucleares de los átomos implicados en el enlace o enlaces. No es que los protones no sean relevante a los enlaces, pero no se acercan ni participan cuando los electrones se reordenan en las reacciones químicas.

Y los electrones interactúan entre sí, sobre todo debido a las interacciones de Pauli, que impiden que más de dos electrones ocupen un orbital (los orbitales son una forma de describir la turbia distribución de los electrones en el espacio y los enlaces, para simplificar un poco, están formados por orbitales que abarcan más de un átomo).

En un átomo, los electrones también ocupan orbitales y los llenan a medida que se añaden más a un átomo "desnudo" por orden de los niveles de energía. Los orbitales de mayor energía tienden a estar más alejados del núcleo que los de menor energía, pero las interacciones de los electrones también son importantes en este caso, ya que los orbitales "inferiores" protegen a los superiores de parte de la carga eléctrica del núcleo. Las moléculas son un poco más complicadas, pero el blindaje sigue siendo importante. La mayor parte de la química ocurre con los orbitales/electrones exteriores y los interiores, en cierto sentido, "protegen" al núcleo de la química que está ocurriendo cuando los electrones saltan para romper o crear enlaces.

Además, en términos espaciales, la mayor parte de la "acción" se desarrolla a gran distancia de los núcleos, por lo que éstos se ocupan de sus propios asuntos y no se involucran.