Los libros de texto dicen que un átomo de silicio puro tiene cuatro electrones en su órbita más externa. ¿Cómo saben los científicos que tiene cuatro electrones?
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titus
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Una forma de prueba es las energías de ionización del silicio . La energía de ionización enésima es la energía necesaria para eliminar el enésimo electrón. Hay un gran salto al pasar de la 4ª energía de ionización (~4000 kJ/mol) a la 5ª energía de ionización (~16000 kJ/mol).
Otra forma de prueba son los compuestos que hace el silicio. El silicio forma $\mathrm{SiH}_4$ , $\mathrm{SiF}_4$ , $\mathrm{SiCl}_4$ y otros compuestos que implican 4 electrones de la capa de valencia.
Eric Grunzke
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158
Sabemos que un núcleo de silicio desnudo tiene una carga eléctrica de +14 $e$ .
Los electrones alrededor de un núcleo atómico no siguen cualquier órbita que deseen, como los planetas o cometas que orbitan alrededor del sol, sino que ocupan orbitales mecánico-cuánticos . Cada orbital es como una "ranura" que puede albergar dos electrones con espines opuestos; después de llenar la ranura, el siguiente electrón del átomo tiene que ocupar un orbital diferente. El número de ranuras de cada orbital depende de la cantidad de momento angular que lleven los electrones en él: $$ \begin{array}{ccc} \text{Orbital name} & \text{Angular momentum }\ell & \text{Number of slots} \\ s & 0 & 1 \\ p & 1 & 3 \\ d & 2 & 5 \\ f & 3 & 7 \\ \vdots & n & 2n+1 \end{array} $$ La forma del tabla periódica te dice qué orden prefieren los electrones para llenar los orbitales. Si empezamos con un núcleo de silicio desnudo y añadimos electrones de uno en uno,
- los dos primeros llenarían el orbital 1s, como en el helio
- los dos siguientes llenarían el orbital 2s, como en el berilio
- los siguientes seis llenarían el orbital 2p, como en el neón
- los dos siguientes llenarían el orbital 3s, como en el magnesio
- los dos últimos vivirían en el orbital 3p.
La mayoría de las pruebas de por qué la tabla periódica tiene esta estructura provienen de la química, más que de la física. DavePhD da un par de buenos ejemplos.
Bobby
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11
Temprano, mientras que la tabla periódica de los elementos fue explorada por Mendeleev Ya se sabía que podía tener casi siempre 4 enlaces. La fuente de este conocimiento fue en ese momento el análisis de las relaciones de masas de sus compuestos.
Más tarde, después de la Modelo de Bohr se desarrolló, en los tiempos de la moderna química cuántica se interpreta como que tiene 4 electrones de valencia. Esto significa que 4 de sus electrones son capaces de participar en enlaces químicos. Detrás de este conocimiento hay varias aproximaciones (por ejemplo este o este ) para resolver los complejos cálculos de los electrones.
