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Mecánica cuántica y
orbitales atómicos
Ing. Carmen López Castro
Mecánica cuántica y orbitales
atómicos
En 1926 el físico austriaco Erwin Schrödinger, que
incorpora los comportamientos tanto ondulatorio
como de partícula del electrón. El trabajo de
Schrödinger inició una nueva forma de tratar las
partículas subatómicas conocida como mecánica
cuántica o mecánica ondulatoria . La aplicación de la
ecuación Schrödinger requiere cálculo avanzado, y
no nos ocuparemos de los detalles de este enfoque.
Lo que haremos será considerar cualitativamente
los resultados que obtuvo, pues ofrecen una nueva y
potente forma de visualizar la estructura
electrónica. Comencemos por examinar la
estructura electrónica del átomo más simple, el del
hidrógeno.
La resolución de la ecuación Schrödinger da
lugar a una serie de funciones matemáticas
llamadas funciones de onda que por lo regular se
representan con el símbolo Ψ (la letra griega
minúscula psi). Aunque la función de onda misma
no tiene significado físico directo, el cuadrado de
la función de onda, Ψ2, proporciona información
acerca de la ubicación de un electrón cuando está
en un estado de energía permitido. En el caso del
átomo de hidrógeno, las energías permitidas son
las mismas que las predichas por el modelo de
Bohr. Sin embargo, el modelo de Bohr supone que
el electrón está en una órbita circular con cierto
radio alrededor del núcleo. En el modelo de la
mecánica cuántica, la ubicación del electrón no se
puede describir con tanta sencillez.
El principio de la incertidumbre sugiere que si
conocemos el momento del electrón con gran
exactitud, nuestro conocimiento de su posición
es muy incierto. Por tanto, no es realista querer
especificar la ubicación de un electrón individual
alrededor del núcleo. Más bien, debemos
contentarnos con un conocimiento estadístico.
Así, en el modelo de la mecánica cuántica
hablamos de la probabilidad de que el electrón
esté en cierta región del espacio en un instante
dado. De hecho, el cuadrado de la función de
onda, Ψ2 , en un punto dado del espacio
representa la probabilidad de que el electrón se
encuentre en ese lugar. Por esta razón, llamamos
a Ψ2 la densidad de probabilidad.
Una forma de representar la probabilidad de
encontrar un electrón en diversas regiones de un
átomo se muestran en la figura. En esta figura la
densidad de los puntos representa la probabilidad
de encontrar el electrón. Las regiones con una
densidad alta de puntos corresponden a valores
relativamente grandes de Ψ2. La densidad
electrónica es otra forma de expresar la
probabilidad: decimos que las regiones en las que
es muy probable encontrar electrones son regiones
de alta densidad electrónica.