La mejor descripción es matemática, si resuelve la siguiente ecuación, sabrá los niveles de energía del átomo:
Ecuación de Schrödinger
- ¿Puedo girar una bola de metal alrededor de un imán como el electrón de un átomo?
- ¿Qué sucederá si suministramos 10.8 eV a un átomo de hidrógeno?
- ¿Qué causa la emisión de pequeñas ráfagas de luz de burbujas que implosionan en un líquido cuando son excitadas por el sonido?
- Los átomos en su conjunto son eléctricamente neutros y no hay cargas positivas y negativas en un átomo para que transfiera el electrón. ¿Por qué los átomos intentan cumplir la regla del octeto para ser eléctricamente inestables?
- ¿Por qué el orbital 1s en hidrógeno no es más grande? ¿Por qué no está más lejos del núcleo?
Esta ecuación se ve narly, ¡y lo es! Pero tal vez pueda intentar desglosarlo un poco. En realidad, hay más de una solución para esta ecuación, por lo general, y cada una de estas soluciones puede darnos un nivel de energía diferente. El valor “E” es el nivel de energía: la respuesta que desea. Los valores “m” y “h” (con una barra que lo atraviesa) son solo constantes-masa y la constante de Planck. La “V” y la ” ψ ” son un poco más complicadas: son funciones tridimensionales del espacio, por lo que su valor depende de las coordenadas x, y, z de donde sea que esté hablando en coordenadas cartesianas. “V” es la energía potencial: una función que usted proporciona a la ecuación, que describe las interacciones de los electrones con el núcleo y entre sí (si hay más de un electrón). Para el átomo de hidrógeno, V puede aproximarse estrechamente por la ley de Coulomb entre la carga en el núcleo y la carga en el electrón. ψ se llama la “función de onda”, y sale de la ecuación cuando la resuelve. Finalmente, “∇” elevado a la segunda potencia se llama “Laplaciano”, que es la suma de las segundas derivadas (al igual que en el cálculo) tomadas en cada una de las direcciones x, y y z. Entonces es una especie de medida de curvatura, o concavidad, en cada dirección de la función de onda en ese punto.
Esa fue una explicación bastante densa, pero si resuelves la ecuación de Schrodinger, entonces tienes una descripción perfecta de los niveles de energía.
Aquí se muestran algunas funciones de onda:
Si tuviera que usar solo palabras, diría que los niveles de energía son iguales a la suma del potencial y la energía cinética de los electrones. La energía cinética está relacionada con esa “curvatura” o “concavidad” de la función de onda que mencioné anteriormente. La energía potencial depende de qué tan lejos esté el electrón del núcleo, y aumenta a medida que te alejas del átomo, luego se nivela y se vuelve plano.
Aquí hay una gráfica de cómo se ve V a medida que te alejas del núcleo (en un átomo de hidrógeno, pero otros se ven similares):
Al igual que muchas cosas en cuanto, las mejores descripciones son matemáticas. Simplemente usar palabras simples suele ser muy confuso e insatisfactorio. Si uno se toma el tiempo para aprender las matemáticas necesarias, entonces las ideas cuánticas pueden explicarse y usarse de manera mucho más adecuada.
