Modelo mecano-cuántico
El modelo de Bohr predecía bien el espectro del hidrógeno, pero trataba al electrón como una bolita diminuta girando en una órbita perfectamente definida, igual que un planeta. Antes de seguir, el vocabulario que sí necesitas en AP Chemistry: una capa (shell) es el conjunto de orbitales con el mismo número cuántico principal $n$; una subcapa (subshell) es un grupo de orbitales de un mismo tipo dentro de una capa ($s$, $p$, $d$, $f$); y un orbital (orbital) es una región de probabilidad donde se encuentra el electrón. Lo que sigue (de Broglie, Heisenberg y la función de onda) es solo contexto. Dos ideas de la física del siglo XX —que la materia también se comporta como onda y que hay un límite fundamental a la precisión con la que se puede conocer el movimiento de una partícula— obligaron a abandonar esa imagen y a sustituirla por una descripción basada en probabilidades.
Dualidad onda-partícula: la hipótesis de de Broglie
En 1927, Davisson y Germer, en los laboratorios de Bell Telephone en Nueva York, dispararon electrones contra un cristal de níquel y observaron figuras de difracción propias de las ondas, similares a las que produce la luz: ¿cómo puede una partícula con masa y carga comportarse exactamente como una onda?
El principio de incertidumbre de Heisenberg
Orbitales atómicos: la función de onda y la probabilidad
Si intentásemos localizar un electrón en el átomo iluminándolo con fotones de alta energía, la propia colisión alteraría de golpe su velocidad y su posición: si es físicamente imposible medir una trayectoria, ¿cómo podemos describir dónde está el electrón?
Vuelve al principio: el electrón no es una bolita en una órbita; es una onda de materia descrita por un orbital, con $|\psi|^2$ como probabilidad.
En el marco de la mecánica cuántica se sustituye el concepto de órbita del modelo de Bohr por el de orbital atómico. a) Define con precisión el término «orbital atómico»…
En el marco de la mecánica cuántica se sustituye el concepto de órbita del modelo de Bohr por el de orbital atómico.
- a) Define con precisión el término «orbital atómico» indicando qué magnitud física representa el cuadrado de la función de onda ($|\psi|^2$).
- b) Indica si conocer el orbital permite predecir con certeza la posición de un electrón antes de medirla y justifica tu respuesta citando el principio físico correspondiente.
La siguiente ilustración esquematiza una sección bidimensional de la densidad de puntos correspondiente a un orbital atómico tipo $s$, donde se destacan una región…
La siguiente ilustración esquematiza una sección bidimensional de la densidad de puntos correspondiente a un orbital atómico tipo $s$, donde se destacan una región interior de alta densidad relativa (A) y una zona periférica de menor densidad (B), delimitadas por una superficie de contorno. Observa el diagrama
y responde a las siguientes cuestiones:
- a) Explica el significado físico de la densidad de puntos en este diagrama y justifica por qué en el modelo cuántico no se dibuja una órbita circular o elíptica precisa.
- b) Describe qué representa la línea de contorno exterior indicada habitualmente en los manuales para este tipo de orbital y razona si los signos algebraicos ($+$ o $-$) que a veces se asignan a las funciones de onda representan carga eléctrica positiva o negativa.
Puedes hacerlo en papel y enviar una foto con tu respuesta.
Considera la representación espacial y las propiedades mecano-cuánticas de los orbitales atómicos $2p$. a) Describe la geometría tridimensional de un orbital $2p_z$,…
Considera la representación espacial y las propiedades mecano-cuánticas de los orbitales atómicos $2p$.
- a) Describe la geometría tridimensional de un orbital $2p_z$, indicando el número de lóbulos, la posición de su plano nodal y el valor de la probabilidad de encontrar al electrón en dicho plano.
- b) En las representaciones gráficas de los orbitales $2p$ suele colorearse un lóbulo con signo positivo ($+$) y el otro con signo negativo ($-$). Explica detalladamente el significado físico de estos signos, diferenciándolo de la carga eléctrica, y analiza cómo influye esta propiedad en la formación de enlaces por solapamiento en fase o en oposición de fase.