¿Qué hace que el electrón en un átomo de hidrógeno permanezca en 1s orbital y no solo caiga al protón?

Es mucho más probable que el protón pierda su electrón que la dirección opuesta.

Suena confuso, pero déjame hacerlo más simple. Al principio, se podría argumentar que el electrón actúa como los planetas alrededor del sol, donde el alto momento angular impide que el planeta caiga en la estrella (ver relatividad general). Sin embargo, más que la gravedad, que es una fuerza muy débil, la atracción magnética consideraría que el electrón y el protón deberían conectarse. Por lo tanto, existe una probabilidad distinta de cero de que el electrón esté en el núcleo en cualquier momento.

Donde la física real y la física clásica divergen es la naturaleza dual del electrón. En lugar de definir un electrón como una masa, definimos su posición como una función de onda. A partir de esta función de onda, podemos determinar las características de los electrones, pero solo con claridad en un observable a la vez (por lo tanto, la paradoja de la doble rendija).

Esas bellas imágenes orbitales en los libros de química son soluciones a la ecuación de Schrodinger para diferentes estados cuánticos (denotados comúnmente como n, l, my s). Cuando n = 1 y l = 1, obtienes la burbuja conocida como s orbital. Cuando vas a n = 2, l = 2, en realidad obtienes tres vías orbitales diferentes, pero todas son insolubles en el núcleo del átomo.

Entonces, para cualquier otro tipo de orbital, la probabilidad de que el electrón pueda alcanzar el núcleo es exactamente cero. Entonces, sí, el hidrógeno puede caer en el núcleo matemáticamente, pero no puede hacerlo físicamente porque no lo hace en ningún otro orbital, y un electrón realmente está ocupando todos los orbitales a la vez.

Básicamente, 1s es el estado fundamental de un sistema electrón-protón, es decir, un átomo de H. Uno no puede encontrar el electrón en un nivel de energía más bajo que este, porque no hay ninguno. Es el resultado de la mecánica cuántica y no se debe pensar en un electrón que caiga clásicamente en el protón.

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Si tuviéramos que tratar el átomo de H de manera clásica, entonces su idea es correcta. El electrón puede caer en el protón. Para evitar esto, en la llamada física ‘semiclásica’, tenían la noción de órbitas ‘estacionarias’.

Presión de degeneración electrónica

En términos simples, un electrón es una onda que “quiere” seguir agitando. La onda se centra sobre el protón.

Los electrones atraviesan ambas rendijas de un experimento de doble rendija.

Ondas electrónicas alrededor de un átomo.

La elección cae en el protón, si se considera que los electrones caen. Hay una probabilidad distinta de cero de encontrar un electrón 1s en el centro del átomo.

El protón es tan fuerte como para retener el electrón en el orbital 1s.