Dado que ya no vemos electrones orbitando el núcleo de un átomo, ¿es posible visualizarlos de una manera que se ajuste a los modelos matemáticos?

Seguro.

Los orbitales de electrones se ven como combinaciones de funciones armónicas en los números cuánticos [matemática] (n, l, m, s) [/ matemática], y hay muchas, muchas visualizaciones de las soluciones a estas ecuaciones, incluida esta de Atomic orbital – página de Wikipedia:

Estas son secciones representativas de 6 orbitales atómicos de electrones, tomados a través del centro del átomo. Los colores representan las “probabilidades” relativas de encontrar un electrón en esa ubicación.

La primera columna representa el orbital s , y es esféricamente simétrica. A medida que crece el número de conchas, crece el radio promedio de la nube de probabilidad y aparecen más áreas de probabilidad cero alrededor del núcleo.

La segunda columna representa los orbitales p , y muestra solo uno de los tres orbitales p en cada caparazón. Los otros dos son rotaciones de estos, alineados con los ejes que no se muestran aquí. A medida que aumenta el número de conchas, la forma y el tamaño de los orbitales se vuelven más complejos.

La tercera columna muestra uno de los cinco orbitales d diferentes. A diferencia de los orbitales p , la forma estándar de dibujar los orbitales d no los convierte en meras rotaciones entre sí, por lo que mostrar solo uno, y solo esta sección transversal, no es muy representativo de los orbitales d (o superiores, con los más complicados). formas).

Hay un par de cosas a tener en cuenta sobre estas y otras visualizaciones:

  1. Cada orbital que se muestra es una solución para las ecuaciones diferenciales apropiadas, pero cualquier combinación de soluciones también funcionará. Como tal, un átomo como el boro que tiene un electrón en un orbital p no lo tendrá en ningún orbital p en particular, sino más bien una superposición de los tres orbitales p . La visualización de esa superposición es una bola esféricamente simétrica.
  2. A veces, el estricto cumplimiento de estos orbitales no es el final, sino la forma en que se organizan las órbitas. Teóricamente, el carbono debería tener dos electrones en una superposición de todas las formas en que podrían estar en diferentes orbitales p (como [math] | p_xp_y> + | p_yp_z> + | p_xp_z> [/ math]), pero eso no es realmente lo más energéticamente eficiente, por lo que el carbono forma cuatro orbitales sp con simetría tetraédrica, cada uno con un electrón.

A nivel atómico, más allá del acceso a lo que capturan nuestros ojos, el “movimiento” de electrones es, en el mejor de los casos, un modelo matemático. Visualízalo como quieras. Es imaginación. ¿Una nube de probabilidad? A modo de analogía, donde los ingenieros mecánicos ven resortes y macetas, los ingenieros eléctricos como condensadores, inductores y resistencias, los físicos se sienten más cómodos con las ecuaciones diferenciales. ¿La naturaleza es descrita por nuestras visiones, o creamos una naturaleza que podamos comprender?

La respuesta de Buddha Buck está bien, con la excepción de que los orbitales que se calcularon en su explicación son para la configuración más simple posible que es un átomo de hidrógeno. Para átomos más complejos con múltiples capas de electrones, los orbitales son más complejos. También para las estructuras moleculares, los orbitales cambian también debido a los diferentes tipos de enlaces que pueden formarse. Para formas cristalinas, la imagen cambia aún más. Y luego son formas condensadas y degeneradas de la materia.

Para resumir: una forma de visualizar el electrón en un estado unido (asociado con un átomo) es como una nube manchada pero localizada cuya densidad está dictada por el orbital que ocupa y cuya forma está dada por la solución adecuada de la ecuación de Schrodingers para La configuración dada de partículas que se unen al electrón.

Es mejor visualizarlos como una nube de densidad variable alrededor de los núcleos de átomos y moléculas. Población más densa cerca de las cargas positivas en los núcleos debido a las fuerzas de atracción más altas que superan las fuerzas de repelencia, para una fuerte vinculación y poco movimiento. Pocos cerca de las cargas negativas en los núcleos. Baja densidad más lejos de esas cargas positivas internas que permiten un mayor movimiento.

Es mejor modelar estadísticamente las fuerzas de carga electrostática y la energía cinética en esa nube de densidad variable: en función de su distancia de fuerza de carga de las cargas internas positivas (atraer) y negativas (repeler) del núcleo, distancia de otros electrones (repeler) en la nube, y su energía cinética individual. La aplicación de fuerzas electrostáticas y magnéticas externas y absorciones de masa con energía cinética podría aplicarse sobre ese modelo. Aún difícil

Algo así como. Hay algunos ejemplos en Orbital atómico – Wikipedia – las funciones de onda en realidad no tienen superficies afiladas, pero es difícil mostrar la densidad de probabilidad interior en 3D.

Lo último que escuché (estudiante de Física, 1981) es que las posiciones electrónicas del modelo cuántico promedian las órbitas elípticas, por lo que el modelo antiguo es una aproximación de una situación más compleja.

Sí, la visualización estándar es más como una nube que muestra el efecto promedio de la distribución de carga de los orbitales.

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