¿Cómo puede un electrón moverse alrededor del núcleo con tanta velocidad??

Un electrón no se mueve alrededor de un núcleo.. estás pensando en el modelo de Bohr del átomo, que resultó ser inadecuado más que 100 hace años que. Esta y otras preguntas similares siguen apareciendo. Creo que es hora de que empecemos a leer un poco sobre la molécula para que todos aprendamos cómo funciona..

El electrón tiene propiedades similares a las de las partículas. (Me gusta la idea de que podría moverse alrededor de un núcleo.), y propiedades ondulatorias. en un átomo, exhibe sus propiedades ondulatorias en los niveles de energía de un átomo. Asi que, en lugar de una partícula que orbita alrededor del núcleo, Una mejor analogía de cómo existe el electrón en un átomo es pensar en una onda estacionaria tridimensional. (armónicos esféricos). Sólo ciertas "longitudes de onda" funcionarán para crear un estado estable. Todas las demás longitudes de onda (Energías) se autodestruirá.

Puede que sea más fácil pensar en una onda estacionaria lineal. (como en la cuerda de una guitarra).

El modo de vibración más simple. (norte=1) Es donde toda la cuerda vibra de un lado a otro.. Este es también el estado vibratorio de energía más bajo de la cuerda.. no existe un estado vibratorio n=0.

El siguiente estado de energía vibratoria más alto (norte=2) tiene la cuerda vibrando hacia arriba en un extremo pero hacia abajo en el otro extremo (las fases de los dos extremos son opuestas entre sí). Este modo tiene un punto en la cuerda donde la cuerda no vibra llamado nodo..

Cada estado sucesivamente superior (n=3,4,5…) tiene un nodo adicional por lo que el número de nodos es siempre n-1. Esto hace que la frecuencia vibratoria sea mayor en cada paso en el valor n y también la energía de vibración.. El siguiente gráfico es robado de Wikipedia. Partícula en una caja – Wikipedia. Muestra la idea de partícula. (UNA) versus la idea de la ola (B a F) de un sistema vibratorio unidimensional. El concepto de diferentes estados energéticos estables queda claro si nos fijamos en B.,do,re (norte=1,2,3, respectivamente). Está vacío, viendo la animación de que el estado es estable en esas longitudes de onda particulares. si miras la animación de E y F, Se puede ver que el sistema es bastante caótico y no estable ya que la longitud de onda no es la correcta para el sistema en particular.. Las longitudes de onda que no son estables se cancelarán rápidamente., dejando solo las vibraciones estables.

En dos dimensiones, si alguna vez has escuchado tambores de acero, Ese sistema de nodos se utiliza para hacer todas las notas que escuchas desde la única superficie de acero.. cada nota es una energía diferente de vibración con un número diferente de nodos. el jugador excita el modo particular de vibración (nota musical) golpeando la superficie en el máximo de vibración de esa nota (no en un nodo).

En tres dimensiones, pasa la misma idea. Además del número de nodos que aumenta con n, el número de tipos de nodos también aumenta. Necesitamos introducir nuevos números cuánticos para etiquetar estos estados.. el primero soy yo (l = 0,… n-1), que es más simple de considerar como el número de nodos que son de naturaleza angular (van a cero en un cierto ángulo) y ml (-l,..0,..+l), que etiqueta la orientación de los nodos.

Asi que, para n=1, no hay ningún nodo posible entonces l = 0 y ml = 0

Para n=2, hay un nodo posible y podría ser angular (l=1) o esférico (l=0). el estado representado por l=0 tiene una sola orientación ya que es esférico (orbital s) pero el estado con l=1 tiene ml = -1,0,+1, lo que significa que tiene tres orientaciones diferentes (px, py, pz). Tenga en cuenta que los valores de ml se utilizan en espacios complejos y no corresponden al espacio cartesiano x,y,z. Aquí hay otra ilustración de los armónicos esféricos tridimensionales., Solemos imaginar los orbitales electrónicos de un átomo..

Foto: https://en.wikipedia.org/wiki/Spherical_harmonics

La fila superior es un orbital s.. l=0

El siguiente es un conjunto de tres orbitales p.. l = 1

El tercero es un conjunto de 5 orbitales d l=2

La fila inferior es el conjunto de 7 orbitales f l=3.

La energía de cada fila es degenerada. (significan lo mismo entre sí). Entonces, si tenemos un electrón en un oribital s, será diferente (más bajo) que si estuviera en un orbital p del mismo nivel n.

Imagina el color diferente de la forma en que ves las vibraciones unidimensionales de arriba vibrar hacia arriba o hacia abajo.. Los dos colores representan la fase del orbital. (A menudo utilizamos un + o – signo para indicar la fase de los orbitales, no el cargo).

Hay mucho de qué hablar aquí con respecto a los orbitales, pero la conclusión clave es que NINGUNO de estos muestra electrones orbitando el núcleo.. Muestran que los electrones existen como ondas estacionarias tridimensionales alrededor del núcleo.. Ese es un concepto completamente diferente..

Crédito: Michael Mombourquette