14: Orbitales atómicos

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En este capítulo, estaremos hablando principalmente del átomo de hidrógeno. No obstante, mucho de lo que estamos diciendo será una aproximación a otros átomos. En el átomo de hidrógeno, solo hay dos partículas interactuando, un electrón y un protón. El protón es más de mil veces más masivo que el electrón. Eso quiere decir que como resultado de su interacción, el electrón se mueve mucho más que el protón. Como tal, podemos verlo como un electrón que se mueve en el potencial del protón. Excepto por el hecho de que proporciona este potencial, a primer orden podemos ignorar el protón, y simplemente considerar al electrón como la partícula mecánica cuántica.

Para otros átomos, hay electrones adicionales. Los niveles de energía que hemos calculado para el Hidrógeno se pueden adaptar muy fácilmente para tener en cuenta un núcleo con más protones, todo lo que tienes que hacer es multiplicar todos los niveles de energía por\(Z^{2}\), el cuadrado del número de protones en el núcleo (que también es la carga positiva del núcleo). Entonces podemos aproximar otros átomos poniendo electrones en todos estos niveles de energía. Debido a que los electrones son fermiones, sólo podemos poner dos en cualquier orbital dado. (Dos porque hay dos posibles estados de espín para un electrón.) Sin embargo, esto supone implícitamente que los electrones están interactuando solo con el núcleo, y no entre sí. Esa aproximación nos permitirá obtener mucha penetración en la estructura de (por ejemplo) la Tabla Periódica de los elementos, pero es demasiada aproximación para poder averiguar niveles precisos de energía.