¿Cuál es la explicación mecánica de quantum de la regla de octeto? ¿En otras palabras, lo que hace la regla de octeto es cierto desde una visión mecánica cuántica? ¿Cómo explicar lo que hace que algunos átomos no siguen la regla de octeto con QM?
Respuestas
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Para las primeras filas de la tabla periódica, esto puede ser fácilmente explicado por el hecho de que los electrones poseen cuatro números cuánticos (generalmente $n$, $l$, $m_l$ y $m_s$). Estos números están restringidos tales como:
$$ n = 1, 2, 3, ... $$
$$ l = 0, 1, 2, ..., n - 1 $$
$$ m_l = -l, -l + 1, ..., 0, ..., l - 1, l $$
$$ m_s = -\frac{1}{2}, \frac{1}{2} $$
Por Pauli del principio de exclusión de todos estos números no pueden ser el mismo para cualquiera de los dos electrones en un átomo.
Así, en el $n = 2$ shell puede tener dos posibles valores de $l$, un valor posible para $m_l$ al $l = 0$, tres posibles valores de $m_l$ al $l = 1$, y los dos posibles valores de $m_s$. Esta es la síntesis de un total de ocho posibles vectores de valores: $(1 + 3) \cdot 2 = 8$.
En el $n = 3$ shell de las ocho de la regla también se aplica a $l < 2$, lo que le da una especie de la misma combinatoria todo de nuevo.
Desde los números cuánticos no puede ser el mismo para cualquier electrones en un átomo que añadir un extra de electrones a un átomo con ocho electrones en su capa externa obliga a los electrones a ocupar un estado con un mayor número cuántico principal ($n$), y puesto que la energía de enlace de los electrones aumenta con la $n$ este es energéticamente desfavorable para el enlace con un átomo que tiene más espacio en su capa externa.
Para más referencia $n$ es el número cuántico principal (que se ocupa de los estados de energía), $l$ es el número cuántico orbital (que se ocupa de subshells), $m_l$ es el orbital número cuántico magnético (dirección de $l$) y $m_s$ es el número cuántico de spin (sentido de giro).
molecularbear
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Una respuesta que he encontrado en Yahoo hace mucho tiempo:
Una completa y precisa de la respuesta va a variar un poco dependiendo de lo que el átomo en qué situación estás hablando. (Por ejemplo, en la fase de gas, un catión de sodio $\text{Na}^+$ NO es más estable que un neutro de sodio átomo -- la energía de ionización de gas neutro fase de átomos de sodio es un número positivo, por lo que el cambio es cuesta arriba y endotérmicas. En ese sentido, la regla de octeto no es cierto. Como usted señala, no es cierto para el $d$-bloque, y un montón de $p$-elementos de bloque romper todo el tiempo de todos modos.)
Tomemos el caso más simple de un gas noble átomo, como el neón. El valencia configuración es $2s^22p^6$, capa cerrada, completa octeto estable (en el sentido de que no puede, por sí mismo, se convierten en otra cosa que es termodinámicamente cuesta abajo) y no reacciona de ninguna forma (en el sentido de que no hay nada con lo que se puede combinan químicamente para formar nuevas moléculas que son energéticamente cuesta abajo).
Por qué?
Un gas noble ha, como estado, cuatro orbitales atómicos en que la shell particular. No son la misma energía (2s están por debajo de la 2p), pero los orbitales son ambos muy, muy superior en energía de la que n=1 y mucho menos energía que la de n=3. Al mismo tiempo, Ne tiene más protones (10) que ningún otro elemento con un n=2 valencia shell, y una mayor Z significa que los electrones en el Ne de la experiencia de un mayor Zeff (carga nuclear efectiva) que cualquier otro elemento en la fila.
La frase "los átomos quiere 8 electrones" realmente significa "átomos forman compuestos que les permiten poner 8 electrones en su 4 orbitales de valencia, ya sea por dar electrones lejos de formar un catión, tomando electrones para formar un anión, o compartición de electrones para formar un enlace covalente".
Neón no hacer ninguna de esas cosas.
Su Zeff es el más alto en la fila, por lo que la energía de ionización es la más alta de la fila. No formar cationes, porque se necesita mucha más energía para extraer los electrones que usted podría conseguir a través de la electrostática fuerzas de atracción en un complejo iónico. No hay ningún complejo estable de [Ne]+, debido a la toma de [Ne]+ costos demasiado, porque el Zeff y energías de ionización son demasiado altos.
Neón no forman aniones, ya sea, porque lo que [Ne]- requiere la adición de un electrón a la mucho mayor de energía n=3 shell. Eso también cuesta arriba, y de nuevo eso es demasiado de un coste de energía a recuperar. No hay ningún complejo estable de [Ne]-, porque lo que [Ne]- cuesta demasiado, debido a que el n=3 es demasiado alto en la energía y la afinidad electrónica es demasiado desfavorable.
Y Ne no compartir. Sus electrones están ya en la baja energía de los orbitales, el de menor energía de los orbitales de cualquier n=2 elemento, y están llenos. Por lo que el manejo habitual de la fuerza de los enlaces covalentes -- la mitad de la superposición de dos orbitales llenos poner los dos electrones en una mayor estabilidad de la interacción de la unión -- no funciona. Cualquier enlace covalente se forma con neón requeriría el solapamiento de un orbital completa, lo que resulta en parte de la población de antibonding MOs, que es demasiado inestable.
Así neón no dar 'em, no tomar 'em, y no compartir 'em. La huelga de tres, no hay manera de bond, no compuestos. Usted está estable.
Para los elementos no en el Grupo de 18 años, al menos uno de los escenarios anteriormente es una buena idea. El sodio tiene una baja energía de ionización -- cuesta arriba, pero no demasiado lejos, de manera que las fuerzas de atracción electrostáticas en un complejo iónico hacer la formación de [Na]+ una red de descenso proceso. El flúor o el oxígeno tienen ligeramente favorable afinidad electrónica [F] o [O]2-, o, de nuevo, cuesta arriba por las pequeñas cantidades que iónicos complejos son en general de descenso. O se puede compartir: superposición de los solos los orbitales ocupados con otras ocupado por separado de los orbitales de otros elementos para formar enlaces covalentes hasta que todo el ocupado por separado orbitales tienen un vínculo. Que va a bajar la energía de los electrones y de ocupar plenamente cada orbital -- menos de bonos (menos de un octeto) iba a dejar algunos de los orbitales, al menos parcialmente vacía, por lo que existen lugares que usted puede agregar más electrones para reducir aún más la energía del sistema, mientras que más de los bonos requieren los orbitales no tiene disponible. Resultado neto, elementos que suelen compartir para formar el octeto, y luego se detiene.
Básicamente, se trata de la energía orbital de la estructura ya se entiende. El llenado de la valencia de nivel, ya sea tomando o compartición de electrones, es cuesta abajo, añadiendo a la de arriba es cuesta arriba.
Lodle
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Larga historia corta, el octeto de la regla surge, debido a que para cada número cuántico principal $N$ tiene una pila de subniveles energéticos, que se distingue por el momento angular de $l > n$. Para $l = 0$ tenemos a 2 de los estados, para $l = 1$ disponemos de 6.
Mayor momento angular llevar a estados de mayor energía, por lo que es energéticamente prefereable para llenar el bajo momento angular de los estados de mayor número cuántico principal antes de llenar el $l = 3$ estados. Pero el HACER se llenan finalmente, dando lugar a la d-elementos de bloque (el momento angular de los estados son apodado 's'$ l = 0$, 'p' para $l = 1$ a, 'd' para $ l = 2$).
La brecha de energía entre un relleno p-shell y la apertura de un nuevo s-shell es tan grande, que es energéticamente unfavored, y este es el origen de la regla de octeto:
P-shell configuraciones son eneregetically (mucho) más favorable que el s-shell configuraciones con una mayor principal número cuántico o d-shell de configuraciones.
Esto no se detiene en $l = 2$ iva. un poco más protones y también la $l = 3 $ shell se llena, dando lugar a la f-los elementos del grupo. Pero en el medio, siempre hay un s-shell está lleno de primera y un p-shell de estar lleno después.
