¿Cómo afecta la forma de los diferentes orbitales atómicos al campo magnético producido por un electrón?

No puede seguir analizando imanes de barra y esperar encontrar más imanes de barra pequeños debajo, de hecho, debe considerar el principio del solenoide.

Wiki: solenoide

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Aquí es donde una carga circulante (que es una corriente) produce las líneas de flujo magnético. Este diagrama muy bueno muestra claramente cómo puede escalar las corrientes para producir una circulación a mayor escala. Las corrientes en el interior se cancelan. dejando la rotación neta alrededor del exterior.

Entonces, el principio subyacente no es el imán de barra, es el principio del solenoide, basado en la circulación de corriente . En el caso de los electrones, la dinámica de rotación del electrón en un átomo tiene dos contribuciones, el espín intrínseco, que es algo simple, y el momento angular orbital, que es una dinámica más complicada. Fuera del átomo, el electrón siempre mantendrá un giro intrínseco, pero su momento angular de movimiento dependerá de las circunstancias.

Los efectos magnéticos están profundamente vinculados al momento angular . Esto se debe a que tiene una carga que se mueve dentro de un campo eléctrico esféricamente simétrico producido por el núcleo. ¡Esto significa que puede manejar los momentos angulares directamente cuando desea calcular los efectos magnéticos! Piense en vectores anclados en el eje de rotación. Los flujos resultantes se pueden sumar como un campo vectorial.

Del mismo modo que puede enrollar bobinas helicoidales en la teoría de circuitos, puede pensar en la órbita de los electrones como una idea similar, al menos le da una idea de cómo pensar en ella. De hecho, cuando asciendes a principios electromagnéticos puros, también puedes pensar de esta manera sobre la luz , donde hay energía electromagnética sin las cargas involucradas. La luz no solo transmite energía y momento, también transmite el momento angular. El movimiento ondulatorio de la luz es “transversal” al igual que una onda de agua. Pero en la sección transversal, la onda puede vibrar transversalmente en cualquier dirección, en otras palabras, en un círculo. Es como un tubo de energía en ese sentido. ( Esto es análogo al giro intrínseco de un electrón ). La polarización de la luz significa que se restringe a los valores de x e y, por lo que limita la cantidad de información que podría almacenar utilizando las propiedades de polarización “intrínsecas” de la luz como un selector de canal.

Sin embargo, si agrega un componente “orbital” al momento angular de la luz, entonces tiene otro tipo de movimiento de rotación a la luz. ( Esto es análogo al momento orbital de un electrón ). Puede pensar en esto como transmitir un patrón de onda de luz helicoidal. Se le conoce cariñosamente como luz retorcida , ¡una especie de cuerda de alta tecnología realmente! Al multiplexar este momento angular, tiene la capacidad de crear al menos ocho canales, por lo que puede aumentar la capacidad de la fibra óptica en el régimen de terabit por segundo. Así que esta no es solo una teoría inútil.

Bien, ahora volviendo al átomo y sus electrones. La posición angular y el momento angular del electrón en un átomo están sujetos a las relaciones de incertidumbre. Esto significa que no puede simplemente decir que el área de mayor densidad de un electrón es también el área de mayor flujo magnético. El opuesto es verdad. Si la posición angular es bien conocida, entonces el momento angular y, por lo tanto, el vector magnético se deslocaliza en la extensión inversa.

Cuando construye las estructuras atómicas a partir de las ecuaciones de onda, descubre que las propiedades angulares son importantes para las formas orbitales. Estas formas extrañas de lóbulo y rosquilla son causadas directamente por la cuantificación de las propiedades angulares. Estas son las subcapas spdf, etc. Por lo tanto, para responder a la pregunta sobre cómo afectan estas formas a las propiedades magnéticas, debe comprender que la cuantización de los momentos angulares en valores permitidos es lo que causa estas formas orbitales como soluciones. ( Comprenda que estamos interesados ​​en las soluciones como formas en el espacio debido a los campos eléctricos, no a los campos magnéticos ).

Los efectos magnéticos resultantes dependen de cómo los orbitales se llenan de electrones. El mayor campo magnético será de un electrón no apareado que se mueve en un campo nuclear más fuerte y en un mayor momento de rotación . Tendemos a obtener las condiciones correctas en metales más pesados ​​con electrones solitarios d. Por lo tanto, es posible que creas que un electrón solitario en un orbital d crearía un vector magnético que apunta en esa dirección d. Pero estarías equivocado. Las soluciones de forma no se crearon teniendo en cuenta el magnetismo. Como señalé anteriormente, el momento angular del electrón es la variable conjugada a su posición angular. Puede tratar los efectos magnéticos como un problema separado, como vectores centrados en el eje de la órbita.