Formas orbitales
Para casi todas las moléculas covalentes que existen, ahora podemos dibujar la estructura de Lewis, predecir la geometría del par de electrones, predecir la geometría molecular y acercarnos a la predicción de los ángulos de enlace. Sin embargo, una de las moléculas más importantes que conocemos, la molécula de oxígeno O2, presenta un problema con respecto a su estructura de Lewis. Escribiríamos la siguiente estructura de Lewis para el O2:
Esta estructura electrónica cumple con todas las reglas de la teoría de Lewis. Hay un doble enlace O=O, y cada átomo de oxígeno tiene ocho electrones a su alrededor. Sin embargo, esta imagen no concuerda con el comportamiento magnético del oxígeno. Por sí mismo, el O2 no es magnético, pero es atraído por los campos magnéticos. Así, cuando vertemos oxígeno líquido frente a un imán fuerte, se acumula entre los polos del imán y desafía la gravedad, como en la figura 1 del capítulo 8 Introducción. Esta atracción hacia un campo magnético se denomina paramagnetismo, y surge en las moléculas que tienen electrones no apareados. Sin embargo, la estructura de Lewis del O2 indica que todos los electrones están emparejados. ¿Cómo se explica esta discrepancia?
Describe la forma de un orbital de 2px
Nota: Hay muchos lugares en los que se podría seguir utilizando este modelo del átomo en el nivel A’. Sin embargo, es una simplificación y puede ser engañoso. Da la impresión de que los electrones giran alrededor del núcleo en órbitas como los planetas alrededor del sol. Como verás en un momento, es imposible saber exactamente cómo se mueven en realidad.
Nota: Para trazar el rumbo de un avión, no sirve de nada saber su ubicación exacta en el centro del Atlántico si no se conoce su dirección o su velocidad. Tampoco sirve de nada saber que se desplaza a 800 km/h hacia el oeste si no se sabe si está cerca de Islandia o de las Azores en ese momento.
El Principio de Incertidumbre de Heisenberg (que no se exige en el nivel A) dice, a grandes rasgos, que no se puede saber con certeza dónde está un electrón y hacia dónde va. Esto hace imposible trazar una órbita para un electrón alrededor de un núcleo. ¿Es esto un gran problema? No. Si algo es imposible, hay que aceptarlo y encontrar una forma de evitarlo.
Forma de los orbitales 1s y 2s
Las funciones de onda de cada átomo tienen algunas propiedades que son exactas, por ejemplo, cada función de onda describe un electrón en estado cuántico con una energía específica. Cada una de estas propiedades exactas está asociada a un número entero. La energía de un electrón en un átomo está asociada al número entero n, que resulta ser el mismo n que Bohr encontró en su modelo. Estos enteros se denominan números cuánticos y diferentes funciones de onda tienen diferentes conjuntos de números cuánticos. Lo importante de los números cuánticos es que son enteros contables, no variables continuas como el número de puntos de una recta. En el caso de los átomos, cada electrón tiene cuatro números cuánticos que determinan su función de onda.
Para otras propiedades, existe un procedimiento matemático por el que las funciones de onda pueden utilizarse para calcular valores medios y probabilidades de cualquier cosa, por ejemplo la probabilidad de encontrar el electrón en cualquier punto del espacio. Impulsado por el principio de incertidumbre de Heisenberg, el cálculo de probabilidades es lo mejor que podemos hacer para las propiedades no asociadas directamente a los números cuánticos.
Forma del orbital f
El voltaje aplicado hace que una corriente (rayo catódico) de partículas cargadas negativamente (electrones) fluya a través del tubo. Si las fuerzas de los campos eléctrico y magnético se equilibran, impidiendo la desviación del rayo catódico, entonces la relación carga-masa de las partículas puede calcularse a partir de la fórmula
También cargamos el paquete ScientificConstants y definimos las siguientes constantes científicas que necesitaremos en esta parte de la lección, donde el subíndice SI indica que estamos utilizando unidades del Sistema Internacional Estándar (SI): la carga del electrón (e), la masa del electrón (m) y la velocidad de la luz (c). Los valores de estas constantes están incorporados en el motor de Maple.
En 1913 Niels Bohr propuso un modelo para el átomo de hidrógeno en el que los electrones giran alrededor del núcleo con carga positiva en órbitas circulares discretas. Cada órbita tiene una energía y las transiciones entre órbitas corresponden a la emisión y absorción de radiación. Las frecuencias de emisión predichas coinciden con los espectros de emisión medidos en los gases de hidrógeno. Las órbitas están etiquetadas con números enteros positivos n, conocidos como números cuánticos principales.