Por ‘órbita’, supongo que te estás refiriendo a una ‘órbita’ del electrón alrededor de un núcleo.
En primer lugar, debo corregir que no hay una órbita a la que esté confinado el electrón, al menos de acuerdo con nuestra comprensión actual de la mecánica cuántica. Si esto no era lo que tenía en mente, le pido disculpas y le pido que se abstenga de usarlo, incluso en un sentido laxo.
Para responder a su pregunta, sí, los electrones tienen una energía negativa en cualquier estado de un átomo. Estos estados son lo que popularmente se llaman ‘estados unidos’ en la mecánica cuántica. Como su nombre indica, están “unidos” (localizados pueden ser más aptos) al sistema, el átomo en el caso más simple. Todos los estados unidos tienen una energía negativa, suponiendo que el potencial del sistema caiga a cero en el infinito. En el caso de un átomo, el potencial electrostático cae al infinito y, por lo tanto, el potencial de un electrón comienza en negativo y se aproxima a cero en inf.
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En “por qué” la energía del electrón es negativa en un átomo, se debe a la naturaleza de las fuerzas electromagnéticas. Definimos el potencial de un electrón en presencia de carga positiva como negativo. Por lo tanto, cualquier estado unido de un electrón en el átomo también tiene una energía negativa. Cualitativamente, también puedes pensar en ella como la energía que ha perdido al formar el átomo, suponiendo que estuviera en reposo antes (hipotéticamente hablando).
Sin embargo, tenga en cuenta que no todos los estados unidos tienen una energía negativa. Por ejemplo, el oscilador armónico tiene estados unidos con energía positiva porque el potencial mismo explota en el infinito.
