¿Un electrón usa energía para orbitar su núcleo? ¿Por qué no se derrumba inmediatamente?

No, no usa energía en el sentido de consumirla. De hecho, generalmente se encuentra en un orbital estable en el que su energía permanece constante . Un poco como la luna que rodea la tierra.

Puede hacer algo al respecto, por ejemplo, al darle un poco de luz, un fotón. Entonces podría recoger esa cantidad de energía y saltar a un orbital diferente en algunos casos. Sin embargo, debe alimentarlo con un fotón del color correcto, con la energía suficiente para alcanzar ese orbital más alto. Los fotones azules, por ejemplo, tienen bastante más energía que los rojos.

La razón es que no colapsa y que tiene orbitales muy distintos es que el electrón no es realmente una partícula. En realidad es un “wavicle”, algo entre una partícula y una ola. Y las olas ocupan todo el océano si tienen la mitad de posibilidades. Alguna vez has estado en la playa? De todos modos: a nuestro amigo el electrón, al ser una pequeña ola, no le gusta ser aplastado en un punto. Tiene que seguir siendo un patrón de onda estacionaria similar a una nube conocido como orbital. En realidad, esto es lo que hacen las ondas: si se confinan, tienden a chocar contra sí mismas y eso hace que adopten un patrón de onda estacionaria.

Los electrones NO orbitan el núcleo. Está claro que si una bola cargada negativamente girara alrededor del núcleo, emitiría ondas EM, perdiendo así toda su energía y chocando con el núcleo en segundos. Es por eso que muy poco después de la introducción de este modelo, se propuso la función de onda:

Imagen: cómo se vería para las diferentes ‘órbitas’ en un átomo de hidrógeno

Con el propósito de enseñar Química, los modelos usados ​​con pequeñas bolas que siguen órbitas circulares son más claros y más eficientes. Es por eso que mantenemos viva la presentación de la órbita. También para la física, cualquier dibujo con círculos es más conveniente para ver los diferentes niveles de energía o para representar brechas de energía entre ellos.

De acuerdo con la electricidad clásica y el magnetismo, tiene razón, el electrón debe colapsar inmediatamente en el núcleo. Sin embargo, la mecánica cuántica dijo que no sucede. El electrón se confina misteriosamente alrededor del núcleo violando la E&M clásica.

¿Utiliza la Tierra energía para orbitar alrededor del sol?

Lo mismo se aplica aquí. La única diferencia es que el núcleo aplica fuerza nucleica, el sol aplica fuerza gravitacional. Tanto la Tierra como el electrón utilizan la fuerza centrípeta para contrarrestarlo. Deben girar a suficiente velocidad para producir una fuerza centrípeta que cancele las fuerzas gravitacionales o nucleicas. Por lo tanto, no colapsarán mientras giren a suficiente velocidad.