¿Qué es una explicación simple del modelo mecánico cuántico del átomo?

Answer 1

Ya que quieres algo simple, asumiré que sabes que un átomo es un núcleo de carga positiva altamente compacto rodeado de electrones más difusos. y que son los electrones y sus orbitales lo que te interesa.

Los electrones tienen energía específica (n), geometría (l), orientación (ml) y espín (ms) que se pueden describir mediante un conjunto de números conocidos como números cuánticos. Estos números cuánticos surgen de la ecuación de Schrodinger, pero cómo surgen no es necesario para una explicación simple.

Los electrones no se describen como una fuente puntual, ni viajan “alrededor” del núcleo.

En su lugar, forman ondas con cada orbital como una onda estacionaria alrededor del núcleo. La cantidad de movimiento de la onda da una “probabilidad” del electrón en una ubicación particular, con el electrón actuando como una nube dentro de la región definida por la onda estacionaria. Esto es más fácil de visualizar como los modos de tambor de onda estacionaria en 2 dimensiones y el rango de movimiento como la probabilidad de compararlos con los diagramas de nubes orbitales.

Imagen cortesía de la SEMANA 3: QUÍMICA 111

Por ejemplo, un modo de batería analógico a un orbital 1s (n = 1, l = 0)

Imagen cortesía de Vibraciones de una membrana circular – Wikipedia, la enciclopedia libre

Un modo de batería análogo a un orbital s2 (n = 2, l = 0)

Imagen cortesía de Vibraciones de una membrana circular – Wikipedia, la enciclopedia libre

Imagen cortesía de las principales consultas de la mecánica cuántica.

Un modo de batería análogo a un orbital 2p (n = 2, l = 1)

Imagen cortesía de Vibraciones de una membrana circular – Wikipedia, la enciclopedia libre

Imagen cortesía de Quantum Mechanical Model Orbitals.

Un modo de batería análogo a un orbital 3d.

Imagen cortesía de Vibraciones de una membrana circular – Wikipedia, la enciclopedia libre

La forma de los orbitales como diagramas de nubes puede relacionarse visualmente con las ondas estacionarias en modo tambor.

Más detalles en el orbital atómico – Wikipedia

Una explicación de cómo surgen los números cuánticos de la ecuación de Schrodinger

Answer 2

El modelo Quantum Mechanical son pequeñas bolas llamadas electrones que orbitan un núcleo. Este modelo no tiene una explicación simple porque no tiene sentido. Para citar solo un ejemplo de mi libro:

“Esta foto pronto se topó con dificultades. El primer problema fue la estabilidad de las órbitas. Según las ecuaciones de Maxwell, un electrón que se mueve en una órbita irradia energía en forma de ondas EM. A medida que pierde energía, se acercará al núcleo, al igual que una nave espacial en órbita dispara retro-cohetes cuando regresa a la Tierra. Vimos un ejemplo gravitatorio de esto en el Capítulo 2, en el que dos estrellas giraban en espiral hacia adentro debido a la energía perdida por la radiación gravitacional. Por lo tanto, la energía perdida por la radiación EM de un electrón en órbita debería hacer que se espiral hacia adentro y eventualmente se estrelle en el núcleo. Pero esto no sucede. Conclusión: los electrones no pueden ser partículas en órbita “.

Hay muchos otros problemas, pero se resuelven mediante la teoría cuántica de campos. En QFT los electrones no son bolitas, sino unidades de campo llamadas quanta. Estos cuantos llevan una carga eléctrica y, por lo tanto, en un átomo se mantienen cerca del núcleo cargado positivamente (que, por cierto, está formado por cuantos de campo de protones y neutrones).

El átomo revisado . La figura 6-2 es una imagen [altamente] simplificada del campo de electrones en un átomo de hidrógeno. En lugar de partículas en órbita (Fig. 4-1), el electrón se ve como una “amarillez” del espacio que rodea el núcleo, disminuyendo en intensidad a mayores distancias, pero nunca llegando a ser cero. (El núcleo, aquí mostrado como un punto rojo, también está formado por campos cuyas intensidades se desvanecen muy rápidamente).

Fig. 6-2. Una imagen simplificada de un átomo de hidrógeno, que muestra el núcleo (rojo) rodeado por un campo de electrones (amarillo).

El modelo QFT de un átomo tiene mucho sentido, pero desafortunadamente no ha sido aceptado por la mayoría de la comunidad física, tal vez porque el concepto de campo no es tan intuitivo como el concepto de partículas. Tal vez algún día la comunidad de física se despierte y huela a los campos. Mientras tanto, lea el Capítulo 10 de mi libro, que puede ver gratuitamente en quantum-field-theory.net.

Answer 3

No creo que puedas obtener una respuesta simple, y la mayoría de los intentos de una, como el que sigue, probablemente solo harán las cosas más confusas. Sin embargo, aquí va. Supongo que usted no comprende adecuadamente los grados de libertad.

Un átomo se compone de un núcleo, que tiene un campo eléctrico positivo, rodeado de electrones, que están cargados negativamente. Como tales, están unidos al núcleo. Además, tales pequeñas partículas en movimiento en un estado estacionario tienen su movimiento siguiendo las características de la onda, de tal manera que su impulso multiplicado por su longitud de onda se cuantifica, es decir, debe ser igual a un número entero. Ahora sucede que la suma también es igual a un número, y debido a que el movimiento en un campo central debe haber definido un movimiento angular y radial, y el total 1 es un número entero, los estados del suelo tienen su mitad radializada de momenta angular y angular, lo que requiere la onda Período para tener dos ciclos. Para irradiar radiación electromagnética, uno de esos debe cambiar por todo un cuanto. El estado fundamental de hidrógeno no puede, porque cambiar 1/2 por 1 o bien pasa a un estado excitado, o a -1/2, que es lo mismo. Los niveles más altos de electrones no pueden caer en el estado 1 porque el Principio de Exclusión lo prohíbe. Por lo tanto tienes niveles de energía que los electrones ocupan. Los electrones tienen que estar en movimiento porque el Principio de Incertidumbre les prohíbe estar estacionarios (la posición y el momento están exactamente definidos, lo que está prohibido) y si se están moviendo, el teorema viral requiere que la energía cinética sea la mitad que la negativa. La energía potencial.

Mi sensación es que esto no es muy útil, pero creo que no es realmente posible ir más lejos sin una comprensión de la teoría cuántica y eso no es exactamente simple.

Answer 4

La mayoría de los modelos atómicos tienen esta idea básica: un átomo está formado por tres partículas: el protón, el neutrón y el electrón. El protón y el neutrón son las partículas más grandes, en el centro, en lo que se llama el núcleo. Los electrones lo orbitan, y son mucho más pequeños.

En el modelo cuántico, los electrones orbitan el núcleo en una nube. Los electrones no están en un punto específico, solo se pueden predecir, pero la predicción está dentro de una determinada órbita.