Esta es la primera peculiaridad de la mecánica cuántica que la gente considera. Aprenden sobre el electrón y el protón y se preguntan por qué el electrón no “cae” en el núcleo.
Sin embargo, no se preocupe porque el fenómeno es extraño y llevó a muchas personas a pensar y teorizar por qué es así. Niels Bohr adivinó incorrectamente que el electrón “orbita” el núcleo, pero adivinó correctamente que los orbitales eran específicos y discretos.
La teoría explicaba por qué un electrón no cae en el núcleo. La respuesta fue que el electrón ya estaba lo más cerca posible del núcleo (cuando estaba en el estado fundamental). La evidencia de su teoría eran los espectros atómicos de los elementos y Bohr tenía la ecuación correcta para el espectro de hidrógeno.
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Sin embargo, la teoría es anterior a la función de onda. Después de todo, el electrón no “orbita” el núcleo en la forma en que un planeta orbita una estrella. El electrón se distribuye en el espacio alrededor de un núcleo de acuerdo con su función de onda. La función de onda se encuentra resolviendo la ecuación de Schrodinger con un potencial ecléctico central.
El éxito (uno de los muchos) de la mecánica cuántica fue que predijo que el electrón puede ocupar muchos estados alrededor de un potencial central, todos con energías específicas y discretas. Los químicos llaman a estos estados conchas u orbitales. La teoría predijo correctamente la cuantización de un electrón unido a un núcleo y produjo correctamente la ecuación de Bohr para el espectro atómico del hidrógeno. Además, la teoría proporcionó un marco para calcular los espectros de los otros elementos.
La teoría predice que hay un estado con la energía más baja asociada a él. Este es el estado fundamental y tiene una función de onda correspondiente del estado fundamental. Es decir, no hay solución para la ecuación de Schrodinger donde el electrón se encuentra solo exactamente donde está el núcleo. La evidencia es que los átomos interactúan con otros átomos a distancias mucho mayores que el tamaño de un núcleo. Los electrones deben extenderse mucho más allá del núcleo para que este sea el caso.
Ahora, con todo lo dicho, existe un mecanismo de desintegración nuclear para núcleos inestables que son ricos en protones en comparación con su recuento de neutrones. Un protón capturará un electrón de capa interna (muy probablemente el electrón del estado fundamental) y lo convertirá en un neutrón. Esto se llama conversión interna. Sin embargo, si el electrón pudiera caer en el núcleo, sospecho que veríamos incluso núcleos estables en descomposición de la misma manera.
