5.11: Modelo atómico mecánico cuántico

Figura\(\PageIndex{1}\) (Crédito: Fundación CK-12; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CK-12 Currículum Licencia de materiales)

Imagina que un flash de noticias interrumpe tu programa de TV favorito... “Ha habido un atraco en el Primer Banco Nacional. El sospechoso huyó en un automóvil y se cree que se encuentra en algún lugar del distrito del centro. A todos se les pide que estén en alerta”. El ladrón sólo puede localizarse dentro de un área determinada -los policías no tienen una ubicación exacta, solo una idea general en cuanto al paradero del ladrón.

Modelo atómico mecánico cuántico

En 1926, el físico austriaco Erwin Schrödinger (1887-1961) utilizó la dualidad onda-partícula del electrón para desarrollar y resolver una compleja ecuación matemática que describía con precisión el comportamiento del electrón en un átomo de hidrógeno. El modelo mecánico cuántico del átomo proviene de la solución a la ecuación de Schrödinger. La cuantificación de las energías electrónicas es un requisito para resolver la ecuación. Esto es diferente al modelo de Bohr, en el que la cuantificación simplemente se asumió sin base matemática.

Recordemos que en el modelo Bohr, la trayectoria exacta del electrón estaba restringida a órbitas circulares muy bien definidas alrededor del núcleo. El modelo mecánico cuántico es una desviación radical de eso. Las soluciones a la ecuación de onda de Schrödinger, llamadas funciones de onda, dan solo la probabilidad de encontrar un electrón en un punto dado alrededor del núcleo. Los electrones no viajan alrededor del núcleo en simples órbitas circulares.

La ubicación de los electrones en el modelo mecánico cuántico del átomo a menudo se conoce como una nube de electrones. La nube de electrones puede pensarse de la siguiente manera: Imagínese colocar un trozo de papel cuadrado en el suelo con un punto en el círculo que representa el núcleo. Ahora toma un marcador y déjalo caer sobre el papel repetidamente, haciendo pequeñas marcas en cada punto que golpee el marcador. Si deja caer el marcador muchas, muchas veces, el patrón general de puntos será aproximadamente circular. Si apuntas razonablemente bien hacia el centro, habrá más puntos cerca del núcleo y progresivamente menos puntos a medida que te alejas de él. Cada punto representa una ubicación donde el electrón podría estar en un momento dado. Debido al principio de incertidumbre, no hay manera de saber exactamente dónde está el electrón. Una nube de electrones tiene densidades variables: una densidad alta donde es más probable que esté el electrón y una densidad baja donde es menos probable que esté el electrón (ver más abajo).

Figura\(\PageIndex{2}\): Una nube de electrones: la región más oscura más cercana al núcleo indica una alta probabilidad de encontrar el electrón, mientras que la región más clara más alejada del núcleo indica una menor probabilidad de encontrar el electrón. (Crédito: Christopher Auyeung; Fuente: Fundación CK-12; Licencia: CC BY-NC 3.0 (opens in new window))

Para definir específicamente la forma de la nube, es costumbre referirse al área dentro de la cual existe la\(90%\) posibilidad de encontrar el electrón. A esto se le llama orbital, la región tridimensional del espacio que indica dónde hay una alta probabilidad de encontrar un electrón.

Resumen

• La ecuación de onda de Schrödinger reemplazó las ideas de Bohr sobre la ubicación de los electrones con un factor de incertidumbre.
• La ubicación del electrón sólo se puede dar como una probabilidad de que el electrón se encuentre en algún lugar de un área determinada.

Revisar

1. ¿Qué requiere la visión mecánica cuántica del átomo?
2. ¿Qué es una función de onda?
3. ¿Qué sugiere una nube de electrones de alta densidad?