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Los orbitales 2px 2py y 2pz tienen la misma energia

2py forma orbital

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.

2px números cuánticos 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:

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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 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?

Formas orbitales

Entiendo que el modelo orbital se basa en la premisa de que nunca podemos precisar la ubicación exacta de un electrón en ningún momento, de ahí la nube de electrones, o representación de la densidad de probabilidad. Tomemos como ejemplo un átomo de hidrógeno. Su electrón solitario se encontrará probablemente en el volumen definido por el 1s. Si se excita a un nivel de energía más alto, ¿es más probable que se encuentre en el volumen definido por 2s?

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¿Qué ocurre con otros elementos con más electrones? Cuando se excitan, ¿seguirán las reglas de colocación de los electrones como se muestra a continuación? (Me pregunto por qué no pude encontrar 2px, 2py, 2pz en la ilustración de abajo, pero eso es probablemente para otra pregunta)

El modelo de Rutherford del átomo no respetaba ninguna cuantización: era un modelo planetario clásico. El modelo Bohr-Sommerfeld tenía la cuantización de la órbita permitida de tu primera imagen; sin embargo, has confundido estos dos modelos y has hablado de modelo “Rutherford-Bohr” que nunca ha existido.

La tercera cosa que has confundido es la ecuación mecánica cuántica real que describe el átomo correctamente -en el límite no relativista- mientras que ni el modelo de Rutherford ni el de Bohr son correctos en los detalles.

3dxy orbital

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.

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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.

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