¿Cómo puede el momento angular orbital de un electrón en s orbital ser cero si gira alrededor del núcleo?

Las analogías basadas en la física clásica y / o el sentido común no funcionan bien para los electrones en los átomos. Los electrones no giran alrededor de los núcleos. También los electrones no “giran”. Menciono lo último para señalar que sabemos que los electrones tienen un momento angular intrínseco , pero todos los intentos de modelar esto sobre la base de un bit rotativo de carga han fallado. Para obtener el momento angular correcto, alguna parte de un electrón que gira clásico necesitaría moverse más rápido que la velocidad de la luz.

En cualquier caso, las ideas clásicas de las órbitas no funcionan para los electrones porque los electrones no tienen posiciones definidas. Este hecho está modelado por el Principio Incierto. Para tener una posición definida, un electrón necesitaría tener un momento completamente incierto. ¡Pero eso significa que si se conoce la posición en un instante, el impulso completamente incierto haría poco probable que el electrón pudiera estar cerca del átomo muy poco tiempo después!

En consecuencia, es imposible describir una trayectoria suave para un electrón en un átomo. La energía funciona de una manera diferente. La incertidumbre en la energía de un electrón multiplicada por la incertidumbre en el tiempo de medición de la energía es aproximadamente del orden de la constante de Planck. Pero las energías de los electrones se pueden medir en períodos de tiempo de casi cualquier longitud, y eso significa que las determinaciones de energía pueden ser altamente consistentes.

Estás preguntando sobre el momento angular. El principio de incertidumbre asociado con los momentos angulares es que la incertidumbre en el momento angular multiplicada por la incertidumbre en el ángulo debe ser mayor que algo aproximadamente del orden de la constante de Planck. Si no puede decir dónde está un electrón, realmente no puede decir en qué ángulo está en relación con un sistema de coordenadas con centro en el núcleo. La incertidumbre en el ángulo es entonces enorme, y la incertidumbre en el momento angular puede ser muy pequeña. Dado que el electrón no está orbitando en ningún sentido clásico, no hay ninguna razón por la que no pueda tener un momento angular que sea cero.

Girar es solo una mala metáfora de lo que está haciendo, que está sentado en un estado propio del operador de energía, que en este caso también es un estado propio del momento angular con valor propio l = 0. Por lo tanto, una medición de su momento angular informará cero. Tratar de imaginarlo como una partícula clásica en órbita solo terminará en pena.