¿Qué mantiene a los electrones en órbita alrededor de los núcleos atómicos?

La respuesta corta es que es la interacción o fuerza electromagnética. Un punto importante a tener en cuenta es que los electrones no orbitan el núcleo de un átomo, sino que ocupan orbitales. Puede parecer un punto menor, pero la imagen de un átomo como algo así como un pequeño sistema solar con electrones orbitando el núcleo es engañosa.

El modelo actual (muy) exitoso de un átomo es que hay un núcleo cargado positivamente alrededor del cual hay una serie de llamadas “capas”, cada una de las cuales contiene una cantidad de orbitales que pueden estar ocupados por un electrón, pero cada uno orbital puede estar ocupado por un solo electrón. Puede ver una carcasa como una fila de asientos en un teatro con cada asiento como un orbital.

Las conchas se ordenan desde el interior hacia las exteriores. Las capas más internas tienen el estado de energía más bajo ya que tienen la unión electromagnética más fuerte al núcleo y están ocupadas primero. Una vez que se completa un shell, se ocupa el siguiente shell en orden. Esos electrones están menos fuertemente unidos al núcleo que los que están dentro de él.

Los proyectiles (filas en el teatro) no tienen la misma capacidad. El más interno puede tomar dos electrones, los siguientes dos depósitos ocho cada uno, luego dieciocho, luego sesenta y nueve. Es bastante más complejo que eso, ya que las conchas pueden tener subconchas, pero es lo suficientemente bueno para este propósito.

En términos de lo que es un orbital real, no debe verse como un electrón que orbita el núcleo. Posiblemente, la visualización más útil es una nube manchada que representa la probabilidad de que un electrón esté en esa posición. Entonces, algunas partes de la nube serán más densas (más probables) que otras. Si esto parece un poco extraño, entonces bienvenido al mundo de la mecánica cuántica.

Una vez que un electrón ocupa uno de estos orbitales, requiere una “patada” de energía para moverse a un orbital más alto, que puede recibir por la absorción de un fotón (una cantidad de energía electromagnética). Si la patada es lo suficientemente fuerte (que es un fotón de energía lo suficientemente alta), puede liberarse por completo del núcleo y convertirse en un electrón libre.

Así que ahí lo tiene: una imagen de un átomo rodeado por una serie de “nubes”, cada una de las cuales representa la probabilidad de que un electrón se encuentre en un punto particular mantenido en su lugar por atracción electromagnética. En términos de mecánica cuántica, cada orbital se manifiesta, en principio, como una solución a las ecuaciones que describen la función de onda del electrón alrededor del núcleo.

Debo agregar que no es posible que un átomo retenga más electrones que la cantidad de protones que contiene el núcleo, ya que cualquier otro electrón agregado tendría mayor energía que si estuviera en un estado libre. Sin embargo, una vez que un átomo es parte de una molécula, la imagen se vuelve más compleja con el “intercambio de electrones” a medida que entran en juego una serie completa de nuevos estados estables para electrones en lo que se denomina capa de valencia (la más ocupada).

Todas las respuestas, al momento de escribir esta respuesta, afirman que los electrones no orbitan el núcleo, pero existen en capas u orbitales que envuelven el núcleo. Quiero decir, ¿qué están haciendo allí? ¿Bailando? Incluso usan QM, el principio de incertidumbre de Heisenberg (HUP) y la ecuación de onda (WEq), para probar que los electrones no orbitan el núcleo ni entran en él, excepto en ciertas circunstancias.

Tome la ecuación de onda, por ejemplo. Si lo diferencia, como resultado obtiene otra ecuación de onda. ¿Por qué crees que es? Es porque la función de onda es cíclica y está describiendo algo cíclico. Me pregunto qué es eso. ¿Podría ser el electrón dando vueltas y vueltas al núcleo? Apuesto a que es porque Schrodinger mismo dijo que la función de onda describe el movimiento del electrón en el pozo potencial del protón.

Y, toda esa palabrería acerca de QM, HUP y WEq minimizando la localización del electrón dentro del núcleo es artificial. Apuesto a que las matemáticas realmente hacen eso; Pero eso es lo que los hace falsos. Lo que dificulta que el electrón ingrese al núcleo es la carga negativa dentro del núcleo. Solía ​​pensar que fueron los quarks con carga negativa en los nucleones que lo hicieron. Pero, cuando me di cuenta de que los quarks no pueden aislarse, supe que no podían existir. Entonces, tuve que encontrar otra y mejor explicación.

Ver Teoría alternativa de todo para más detalles. La esencia de esto es que las únicas partículas fundamentales son los electrones y los positrones, todos los cuales son partículas de materia, es decir, no existe la antimateria, que es solo un acuerdo entre los científicos. Solo hay una fuerza fundamental de la naturaleza y es la fuerza electromagnética que existe entre el electrón y el positrón y es transportada por el fotón que no es un bosón de calibre, ya que un bosón de calibre es una partícula virtual, es decir, una que no existe, eso es lo virtual medio; y no dividas los pelos por favor.

Esto significa que todo lo demás es compuesto, incluido el fotón mismo. Sin embargo, el fotón está hecho de cargas más simples y solo cuando un fotón tiene suficiente energía se divide en un par electrón-positrón.

Entonces, tienes razón, el electrón orbita el núcleo, pero lo que lo hace tiene algo que ver con las condiciones iniciales. ¿Podrías preguntar qué hace que la luna orbita la tierra? Sabemos que la gravedad de la Tierra actúa como una fuerza centrípeta que la mantiene en órbita, pero ¿qué la hizo girar alrededor de la Tierra en primer lugar? Esto tiene que ver con las condiciones iniciales.

Utilizando la analogía anterior, se podría decir que la fuerza de atracción de las cargas positivas en el núcleo proporciona la fuerza centrípeta para el movimiento orbital y la presión de degeneración de electrones de las cargas negativas en el núcleo evita que los electrones caigan en el núcleo. Pero lo que les dio ese impulso inicial para orbitar el núcleo es desconocido y podría tener que ver con las condiciones iniciales.

Puede pensar que usar las condiciones iniciales como explicación es una copia. Es porque no sabemos cuáles son las condiciones iniciales. Sin embargo, escribí que no sabemos; Solo quiero dejar en claro que hay cosas que no sabemos. Los científicos tampoco lo saben.

Es la fuerza centrípeta que surge del movimiento del electrón en órbita circular. Están presentes en órbitas donde no pierden energía mientras giran. Esto los mantiene girando alrededor del núcleo