Como um elétron pode se mover ao redor do núcleo com tanta velocidade?

Um elétron não se move em torno de um núcleo. você está pensando no modelo Bohr do átomo, que se provou ser mais inadequada do que 100 anos atrás. Esta e outras questões semelhantes continuam surgindo. Acho que é hora de começarmos a ler um pouco sobre a molécula para todos aprenderem como ela funciona.

O elétron tem propriedades semelhantes a partículas (como a ideia de que ele pode se mover em torno de um núcleo), e propriedades de onda. Em um átomo, ele exibe suas propriedades ondulatórias nos níveis de energia de um átomo. assim, em vez de uma partícula orbitando o núcleo, uma analogia melhor de como o elétron existe em um átomo é pensar em uma onda estacionária tridimensional (harmônicos esféricos). Apenas certos “comprimentos de onda” funcionarão para criar um estado estável. Todos os outros comprimentos de onda (Energias) vai se autodestruir.

pode ser mais fácil pensar em uma onda estacionária linear (como em uma corda de violão).

O modo mais simples de vibração (n=1) é onde toda a corda vibra para frente e para trás juntos. Este é também o estado vibracional de energia mais baixa da corda.. não há estado vibracional n=0.

O próximo estado de energia vibracional mais alto (n=2) tem a corda vibrando para cima em uma extremidade, mas para baixo na outra extremidade (a fase das duas extremidades são opostas uma à outra). Este modo tem um ponto na corda onde a corda não vibra chamado nó.

Cada estado sucessivamente superior (n=3,4,5…) tem um nó adicional, então o número de nós é sempre n-1. Isso torna a frequência vibracional mais alta a cada passo no valor de n e também a energia da vibração. O gráfico a seguir foi roubado da Wikipedia Partícula em uma caixa – Wikipedia. Mostra a ideia de partícula (UMA) contra a ideia de onda (B a F) de um sistema vibracional unidimensional. o conceito de diferentes estados de energia estável é claro se você olhar para B,C,D (n=1,2,3, respectivamente). Está claro, assistindo a animação de que o estado é estável nesses comprimentos de onda específicos. se você assistir a animação para E e F, você pode ver que o sistema é bastante caótico e não estável, pois o comprimento de onda não é o correto para o sistema em particular. os comprimentos de onda que não são estáveis ​​se cancelam rapidamente, deixando apenas as vibrações estáveis.

Em duas dimensões, se você já ouviu tambores de aço, esse sistema de nós é usado para fazer todas as notas que você ouve da única superfície de aço. cada nota é uma energia diferente de vibração com um número diferente de nós. o jogador excita o modo particular de vibração (nota musical) atingindo a superfície no máximo de vibração daquela nota (não em um nó).

Em três dimensões, a mesma ideia acontece. Além do número de nós aumentar com n, o número de tipos de nós também aumenta. Precisamos introduzir novos números quânticos para rotular esses estados. o primeiro é eu (l = 0,… n-1), que é mais simples de pensar como o número de nós que são de natureza angular (eles vão para zero em um certo ângulo) e ml (-eu,..0,..+eu), que rotula a orientação dos nós.

assim, para n=1, não há nó possível, então l = 0 e ml = 0

Para n=2, existe um nó possível e pode ser angular (l=1) ou esférico (l=0). o estado representado por l=0 tem apenas uma orientação, pois é esférico (s orbital) mas o estado com l = 1 tem ml = -1,0,+1, o que significa que tem três orientações diferentes (px, py, pz). Observe que os valores de ml são usados ​​em espaço complexo e não correspondem ao espaço cartesiano x,e,z. Aqui está outra ilustração dos harmônicos esféricos tridimensionais, usamos para imaginar os orbitais eletrônicos em um átomo.

foto: https://pt.wikipedia.org/wiki/Spherical_harmonics

A linha superior é um orbital s. l=0

O próximo é um conjunto de três orbitais p. l = 1

O terceiro é um conjunto de 5 d orbitais l = 2

A linha inferior é o conjunto de 7 f orbitais l = 3.

A energia de cada linha é degenerada (significando o mesmo que o outro). Então, se tivermos um elétron em um orbital s, vai ser diferente (mais baixo) do que se estivesse em um orbital p do mesmo nível n.

Imagine a cor diferente da maneira como você vê as vibrações unidimensionais acima vibrando para cima ou para baixo. As duas cores representam a fase do orbital (Muitas vezes usamos um + ou – sinal para significar a fase dos orbitais, não a cobrança).

Há muito o que falar aqui em relação aos orbitais, mas a principal conclusão é que NENHUM deles mostra elétrons orbitando o núcleo. Eles mostram que os elétrons existem como ondas estacionárias 3D ao redor do núcleo. Esse é um conceito totalmente diferente.

Crédito: Michael Mombourquette