¿Debería realmente llamarse "valence *sub*shell"? [cerrado]

El artículo de Wikipedia sobre capas de electrones afirma esto, que yo (un profano en química) siempre asumí:

Los electrones en la capa (o capas) ocupada más externa determinan las propiedades químicas del átomo; se llama capa de valencia.

Parece que esto está mal. Lo que realmente parece determinar las propiedades químicas es la capa secundaria ocupada más externa , es decir. las cosas llamadas 2s, 3p, etc. (Vamos a llamar a esto el "subnivel de valencia" por ahora).

En particular, los gases nobles no tienen una capa de valencia completa (excepto el helio y el neón), pero tienen una subcapa de valencia completa.

El mismo artículo también establece que

Un átomo no metálico tiende a atraer electrones de valencia adicionales para alcanzar una capa de valencia completa.

Según esta lógica, los gases nobles distintos del helio deberían ser reactivos.

Sospecho que esto no es simplemente un error por parte de Wikipedia, ya que el término "capa de valencia" es popular, mientras que incluso el término "subcapa" rara vez se usa. "Valence subshell" devuelve resultados de Google, pero muy pocos.

Entonces, ¿qué está pasando aquí?

Usted dice: "Según esta lógica, los gases nobles distintos del helio deberían ser reactivos". ¿Cuántos electrones necesita, en su opinión, el átomo de Neón, para obtener una capa de valencia completa? ¿Un electrón? ¿Dos electrones? ¿Cuántos?
Creo que estás mayormente obsesionado con la semántica. La realidad detallada de los enlaces químicos es mucho más complicada de lo que se puede describir con palabras como "capa de valencia" y requiere cálculos mecánicos cuánticos complejos. Incluso la convención habitual de la química introductoria para tratar el problema del enlace atómico como una extrapolación de las soluciones de la ecuación de Schroedinger de un solo electrón es esencialmente errónea en el caso general. Esta simplificación excesiva es necesaria para los propósitos de la enseñanza, porque la realidad es demasiado compleja para obligar a los estudiantes desde el principio.
@Sofia Tienes razón, Neon también es una excepción. Sin embargo, al argón le quedan 10 electrones para llenar su tercera capa: los 10 electrones en la subcapa 3d.
@Sofia No. Da la casualidad de que los dos primeros gases nobles, helio y neón, tienen una capa exterior completa. ¡Pero el resto (argón, criptón xenón, radón oganesón) no! Esos 6 de los 8, solo tienen una subcapa exterior completa.

Respuestas (2)

Un par de puntos.

capa secundaria ocupada más externa

en general, todo lo que está en la capa externa n más alta (y, a veces, los electrones de las subcapas inferiores, por ejemplo, 3d en la primera fila de metales de transición) tiene un impacto en la química y, en general, no podemos decir que es solo la subcapa externa.

Gases nobles

en la discusión química general, 8 electrones se consideran una capa 'completa', y como señaló Sofia, este es el caso de Neon. Por supuesto, tiene razón en que las capas de valencia externas más allá de Neon pueden tomar más de 8 electrones.

De acuerdo con el comentario de Curious One, la situación es mucho más complicada que la descripción que has visto, pero ¿qué podemos hacer? En algún momento, las cosas deben simplificarse para la química: una idea razonable es que la mayoría de los no metales se dirigen hacia 8 electrones en la capa externa, aunque muchas veces esta regla se rompe.

Es posible que desee ver la diferencia entre la teoría del enlace de valencia y la teoría del orbital molecular: este es un viejo debate en química sobre cómo describir el "enlace" en las moléculas. Ninguno es perfecto y cada uno tiene sus méritos y no planeo apoyar uno u otro aquí.

Gracias, también especialmente por esto: "dirígete hacia 8 electrones". Nunca vi esto escrito en ninguna parte.
@John Me alegro de que esto haya sido útil. La regla de los 8 electrones es buena particularmente para elementos de primera fila como C, N, O y donde los electrones se 'comparten' en 'enlaces covalentes', por ejemplo, agua H 2 O o iones donde los metales como Na pierden un electrón para convertirse en Na + y tienen ocho electrones en la capa exterior o los no metales como Cl ganan un electrón para convertirse en Cl − y nuevamente tienen ocho electrones en la capa externa.
¿Hay alguna vez un caso en el que los electrones tomados o perdidos por el enlace covalente/iónico en un momento dado sean de diferentes subcapas dentro de la capa de valencia? Si la respuesta a eso fue no, realmente me pregunto por qué el enfoque no está solo en la subcapa, o por qué la "capa" no está definida para significar subcapa en primer lugar.
@John - Sí - toma metano - CH 4 - C comparte 4 electrones de los 4 átomos de hidrógeno, cada uno de los cuales contribuye con un electrón, más los dos electrones 2s y dos electrones 2p del carbono. Todos estos ocho electrones son importantes para la unión de la molécula. - hay muchos ejemplos, que son similares a este.
Pero incluso si los electrones s y p se usan para la unión, son "ranuras" puramente p las que se llenan en el lado del carbono y los electrones puramente s se pierden por el hidrógeno. ¿Hay ejemplos en los que s-"ranuras" y p-"ranuras" se llenen, o análogamente se pierdan s-electrones y p-electrones? Estoy tratando de establecer si esta "tendencia a completarse" es realmente una subcapa en lugar de una capa.
@John - no en la teoría VB (enlace de valencia) - hay sp 3 hibridación - y en la teoría MO (orbitales moleculares), los orbitales de enlace se forman entre H1s y C 2P y H1s y C2s. - ninguna teoría puede hacer frente sin usar los 2s.... Pensando en las ranuras 'p' - hay 3 orbitales p y cada uno puede tener 2 electrones por el principio de exclusión de Pauli... así que también necesitamos la S para los 8 electrones .... pero de nuevo esto es una simplificación.
El orden de las subcapas es diferente al orden de las capas. Ambos van comenzando hacia adentro, hacia afuera, siguiendo niveles de energía en orden ascendente (si se habla de adentro y afuera). Cuando hablan de conchas es 1,2,3,4,5,6,7. Cuando se habla de subcapas, es según aufbau 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p. Por lo tanto, es la subcapa más externa la que está llena. Para Hidrógeno 1s, para Helio 2p ,.. Para Neón 3p. Para Krypton 4p. eso esta lleno No puedo comentar sobre la teoría de VB y la teoría de MO, pero consultaré con alguien que sepa.

Respuesta corta. Valence Shell es un subconjunto de subcapas en el período en el que se encuentra el elemento. Y para el subconjunto particular de subcapas, consulte el artículo de wikipedia mencionado más adelante.

Respuesta más larga

Creo que la capa de valencia es un término divertido, porque las subcapas son más relevantes que las capas.

El orden de las subcapas es diferente al orden de las capas. Ambos van comenzando hacia adentro, hacia afuera, siguiendo niveles de energía en orden ascendente (si se habla de adentro y afuera). Cuando hablan de conchas es 1,2,3,4,5,6,7. Cuando se habla de subcapas, es según aufbau 1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p. Por lo tanto, es la subcapa más externa la que está llena. Para Hidrógeno 1s, para Helio 2p ,.. Para Neón 3p. Para Krypton 4p. eso esta lleno

Si se refiere a la subcapa de energía más externa, también conocida como más alta, entonces es más claro decir subcapa de valencia. El término "subcapa de valencia" tiene 3000 resultados en google. El término capa de valencia tiene 900.000 resultados. Entonces, "subcapa de valencia" es un término usado por algunos.

Si se refiere a las capas por número cuántico principal, sin considerar las subcapas, entonces si con ese modelo pasa el elemento 20, las capas internas se llenan antes que las externas. el calcio es 2,8,8,2. El escandio es 2,8,9,2, por ejemplo, parte de la tercera capa (3d), está entre partes de la cuarta capa 3p 4s 3d 4p. La valencia tiene que ver con los electrones, y si por capa de valencia se refirieran a la capa exterior en ese modelo de capas sin tener en cuenta las subcapas, entonces eso no tendría sentido. Porque, por ejemplo, los electrones en 3d están más alejados/con mayor energía que los de 4s.

Entonces, en cuanto a lo que se entiende por capa de valencia

segun wikipedia

https://en.wikipedia.org/wiki/Valence_electron#Valence_shell

"La capa de valencia es el conjunto de orbitales que son energéticamente accesibles para aceptar electrones para formar enlaces químicos".

Y da una tabla, que especifica subcapas particulares

ingrese la descripción de la imagen aquí

¡Así que básicamente hay reglas con respecto a qué subcapas se refieren al término capa de valencia! No son todas las subcapas en un período. Y dice: "Los orbitales involucrados pueden estar en una capa de electrones interna y no todos corresponden a la misma capa de electrones o número cuántico principal n en un elemento dado, pero todos tienen energías similares".

Me parece que todas las subcapas que se cuentan como parte de la "capa de valencia" están dentro del período en el que se encuentra el elemento. Por lo tanto, las subcapas incluidas son un subconjunto de las subcapas dentro del período.

Lo que constituye una capa de valencia varía según la categoría que sea. Esa tabla tiene 4 categorías "hidrógeno o helio", "s y p", "d", "f". Podría verlo en 5 categorías (aunque dos tienen las mismas subcapas). Las cinco categorías: "Hidrógeno o helio", "s" o "p" o "d" de "f". Para "Hidrógeno o helio", es solo la subcapa s. Para s es "s y p" (lo cual es interesante). Para p es "s y p". Para d es "s,p,d". Para f es "s,p,d,f".

Entonces, por ejemplo, si el elemento no es hidrógeno o helio, y está en el bloque s o p, entonces está en esa categoría llamada "bloque s o p {y no hidrógeno o helio}". Entonces, si tomamos Radon por ejemplo (Elemento 86 ). El período en el que se encuentra el radón, el período 6. Las subcapas en ese período son 6s, 4f, 5d, 6p. El radón está en el bloque p, por lo que (según la tabla de wikipedia), de esas subcapas, solo se aplican 6s y 6p. ns y np. Entonces la capa de valencia tiene 8 electrones. Dicen que la regla del octeto se aplica allí.

Mientras que si un elemento está en el bloque d, aún incluyen un subconjunto de subcapas del período en el que se encuentra el elemento, pero dado que incluyen d, es (n-1)d porque es (n-1)d en el período . Incluyen s,d,p para el elemento de bloque de anuncios. ns, (n−1)d, np. Y para el bloque d, la capa de valencia tiene un máximo de 18 electrones. (s+d+p=2+10+6). Para un elemento de bloque f, las subcapas que forman la capa de valencia son s, p, d, f (32 electrones)

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