Esta es una pregunta muy interesante. Pero déjenme comenzar con una pregunta más simple.
¿Se pueden encontrar electrones en los orbitales? Siempre enseñamos química como si los orbitales fueran una ley de la naturaleza, pero no lo son. La ley que controla el movimiento de los electrones es la ecuación de Schroedinger. A partir de cálculos exhaustivos, sabemos que esta ecuación describe un átomo que consta de muchos electrones y un núcleo con carga positiva (muy pequeño) extremadamente bien.
¡Pero la ecuación es un desastre para los átomos grandes! ¡Para un átomo de calcio es una ecuación diferencial parcial en 60 variables! Esto es imposible de resolver usando computadoras modernas. (Podemos resolverlo para algunos átomos más ligeros y da resultados muy precisos y guía los cálculos y correcciones al modelo orbital que funciona bien para átomos más pesados).
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La descripción de los electrones que se encuentran en los orbitales es una aproximación a la ecuación correcta que funciona muy bien para muchas cosas, al menos en la superficie del átomo, que es donde tiene lugar la química. Entonces, el modelo orbital es un gran lugar para comenzar a hacer química. Pero es un modelo que puede integrarse en la teoría correcta y que puede usarse como punto de partida para generar correcciones a ese modelo.
Por lo tanto, la descripción orbital atómica es un modelo que funciona bien para describir algunas propiedades de los átomos (unión química y algunos estados excitados bajos).
Ahora reformulemos su pregunta. Hay dos formas en que podría interpretarlo.
Primero, ¿se pueden encontrar protones y neutrones en estados en un átomo que están bien descritos por los orbitales atómicos? La respuesta a esto es: protones sí, neutrones no.
El orbital de un electrón surge de la atracción eléctrica entre el electrón (carga negativa) y el núcleo (carga positiva). Dado que el protón tiene una carga positiva, sería rechazado desde el núcleo, por lo que no formaría un orbital. Pero si agrega uno o dos electrones adicionales a un átomo para formar un ion negativo, un protón se sentiría atraído hacia él y podría formar un orbital especialmente lejos del átomo (pero requeriría un delicado equilibrio de potenciómetro). sin carga, no se atrae eléctricamente ni a un núcleo ni a un ion, por lo que no se puede encontrar en un estado orbital atómico.
Segundo, ¿un modelo orbital describe el movimiento de neutrones y protones DENTRO DEL NÚCLEO? La respuesta a esto es sí, pero no es un modelo tan bueno como lo es el modelo atómico orbital para los electrones en los átomos.
Los neutrones y los protones se atraen entre sí dentro del núcleo por una fuerza no eléctrica llamada “fuerza fuerte”. Es de muy corto alcance, por lo que una vez que un neutrón o un protón se encuentra a poca distancia del núcleo, ya no siente esa fuerza. Dentro del núcleo, el llamado “modelo de capa nuclear” es un modelo bastante bueno para describir muchas propiedades de los núcleos. Maria Mayer ganó el Premio Nobel por presentar este modelo y mostrar su valor. Si busca, encontrará muchos textos de posgrado en física con el título “El modelo de caparazón nuclear”. (El modelo orbital se conoce como “el modelo de caparazón” en el negocio de la física cuántica, ya que los conjuntos de orbitales forman capas esféricas de electrones, protones o neutrones que conducen a elementos inertes en física atómica y núcleos altamente estables en física nuclear).
