No hay “fuerzas” por decir, aunque es increíblemente difícil de definir. Los viejos diagramas y figuras de planeta-luna que enseñaron en la escuela primaria no son exactos en absoluto sobre cómo se comportan realmente los electrones. Hay fuerzas que actúan sobre los electrones, como la fuerza electromagnética, pero el electrón no gira alrededor del núcleo del átomo como la luna gira alrededor de nuestro planeta. En este nivel, invocamos la mecánica cuántica para explicar el comportamiento de los electrones. Dicho esto, el mundo de la mecánica cuántica es tan misterioso que uno de sus inventores (¿Heisenberg, creo?) En realidad dejó el campo. Divulgación: Ha pasado un tiempo desde que tomé la mecánica cuántica, así que tengan paciencia conmigo.
Cuando Plank descubrió por primera vez la relación de frecuencia de longitud de onda para la luz, un hombre llamado de Broglie teorizó que todas las partículas siguen el mismo comportamiento ondulatorio de la luz. Debido a que las partículas se comportan como ondas, deberíamos poder “modelarlas” utilizando funciones de onda. Posteriormente, varios científicos ingeniosos derivaron las funciones de onda utilizando la teoría de ondas de De Broglie. La forma en que se deriva la forma 3D de los orbitales es aplicando diferenciales y laplacianos a estas funciones de onda en función del nivel de energía de los electrones. Nota: los niveles de energía de estos electrones se derivan incluso de las funciones de onda.
En otras palabras, estamos derivando el “comportamiento” de los electrones usando funciones matemáticas conocidas y el teorema de De Broglie. Estamos acostumbrados a explicar los fenómenos físicos con las matemáticas, pero la mecánica cuántica está usando las matemáticas para explicar la materia física (aunque en la escala subatómica). Los orbitales son simplemente el resultado de estas derivaciones. Se han realizado experimentos que respaldan la teoría de la mecánica cuántica, y hasta ahora está bien establecida. Curiosamente, todo esto es teórico, ya que nunca podemos predecir realmente el comportamiento completo de un electrón (ver el principio de incertidumbre de Heisenberg), por lo que, en el mejor de los casos, la forma de los orbitales es simplemente … así es como funciona la matemática.
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TL; DR: Hay fuerzas que dictan la relación entre protones y electrones, pero la forma de los orbitales se deriva exclusivamente de las matemáticas.
