¿Por qué 18 es la cantidad máxima de electrones que puede contener una capa atómica?

No es. 18 es la cantidad máxima de electrones que puede contener la tercera capa. Otras capas tienen máximos diferentes: la primera capa solo puede contener 2 electrones; el segundo caparazón puede contener 8, el tercero puede contener 18, el cuarto puede contener 32, y así sucesivamente. Cada capa puede contener 2n22n2 electrones. Esta fórmula surge porque los electrones son fermiones (partículas con espín medio entero) y se requiere que los fermiones ocupen distintos estados cuánticos. Los electrones en los átomos tienen cuatro números cuánticos separados que pueden tomar diferentes valores enteros, con los rangos permitidos de algunos números cuánticos determinados por el valor de otros. Por ejemplo, el número cuántico principal n denota el número de capa: comienza en 1, contando desde allí hasta que esa capa se llena de electrones; una vez que está lleno, los electrones adicionales ocupan la siguiente capa con n = 2, y así sucesivamente. El número cuántico azimutal l (L minúscula) comienza en 0 y aumenta hasta un máximo de n-1 ... entonces cuando n = 1, entonces l = 0, pero cuando n = 2, puedo tener un valor de 0 o 1, y cuando n = 3 entonces puedo tener un valor de 0, 1 o 2. Luego está el número cuántico magnético m que tiene el mismo rango que l excepto que también puede tomar valores negativos. Entonces, en n = 2, m puede ser cualquiera de -1, 0 y 1. Y en n = 3, m puede ser -2, -1, 0, 1 o 2. Y finalmente, para cada par único de n , lym, cada electrón también tiene una proyección de espín de +1/2 o -1/2 dependiendo de si se trata de un giro hacia arriba o hacia abajo. Entonces, el primer electrón debe tener (n = 1, l = 0, m = 0) y cualquier valor posible de s, y el segundo electrón debe tener los mismos números pero el valor de s con signo opuesto. Luego se llena la primera concha. El tercer y cuarto electrones tendrán (n = 2, l = 0, m = 0), el quinto y sexto tendrán (n = 2, l = 1, m = 0), el séptimo y el octavo (n = 2, l = 1, m = 1), noveno y décimo (n = 2, l = 1, m = -1), y luego se llena la segunda capa, y así sucesivamente.