¿Cómo QM permite obtener imágenes de orbitales de electrones individuales?

Pregunta: ¿Por qué el principio de incertidumbre permite sondear características específicas de la distribución de orbitales electrónicos? Si mide la posición/momento de un electrón, luego de medirlo, obviamente ya no está exactamente en ese mismo orbital. ¿Qué está sucediendo?

Recientemente, una nueva técnica AFM ha permitido a los investigadores distinguir entre diferentes tipos de enlaces químicos ( enlace en papel ). Los resultados publicados distinguen claramente la información sobre los electrones de enlace ( específicos de las estructuras de benceno ).

Imagen de hexabenzocoroneno

¿Qué establece la mecánica cuántica sobre la variabilidad de la medición de electrones en estados coherentes ? ¿ Deben estar emocionados los orbitales para obtener información al respecto? ¿Emiten entonces una emisión para volver al estado fundamental? Si los electrones no se perturban activamente en estos procesos, ¿no sería eso una flagrante violación del principio de incertidumbre? ¿Cuáles son las limitaciones estadísticas de obtener información sobre un orbital de electrones? Teóricamente, ¿podrías mapear experimentalmente la función de onda 3D exacta de un orbital?

Quiero que esta pregunta sea independiente del método como AFM, aunque AFM me parece particularmente confuso. Según entiendo la idea, mueve una punta a lo largo de una superficie y detecta un ligero movimiento a medida que se mueve sobre las jorobas. Puede imaginar un orbital de un solo electrón como una joroba y la sonda que se mueve sobre él continuamente empujada hacia arriba o hacia abajo debido a la atracción o repulsión electrostática. ¡Pero esto está claramente mal! Tal proceso no podría ser fácil.

Creo que la descripción teórica correcta es la de una matriz de densidad de 1 partícula. De hecho, la mayoría de las sondas localizadas realmente miden algo así, a diferencia de "la función de onda".
@genneth Sí, debería haber dicho la matriz de densidad.

Respuestas (2)

Los orbitales moleculares son:

Los orbitales moleculares (OM) representan regiones en una molécula donde es probable que se encuentre un electrón

No son una partícula, el electrón, son un lugar geométrico, por lo que la Incertidumbre de Heisenberg es irrelevante porque no representan una única interacción.

Están sondeando el campo colectivo de la estructura molecular. Están trabajando en el continuo con rayos X que no son del orden de los espectros discretos de la mecánica cuántica de los electrones unidos a la estructura molecular. Hay una dispersión continua de moléculas de fotones y esto es lo que están investigando.

Como analogía, considere un pozo de potencial simple que describa un sistema. Están los estados ligados y está el continuo. Cuando se dispersa con energía positiva sobre el pozo, se pueden ver resonancias correspondientes a las energías disponibles del estado ligado. Las sondas funcionan de manera similar.

No estoy de acuerdo con su declaración sobre los rayos X, se han utilizado recientemente para investigar enlaces químicos: physicsworld.com/cws/article/news/2012/aug/30/…
@Shaktyai Esta parece ser una técnica similar a la que está discutiendo AlanSE. Es dispersión continua y no excitaciones de estados ligados específicos. La mecánica cuántica tiene dispersión elástica y dispersión Compton, etc., que no son transiciones de estado ligadas discretas.
Mi comentario fue solo sobre esta parte de su respuesta: "Están trabajando en el continuo con rayos X que no son del orden de los espectros discretos de la mecánica cuántica de los electrones unidos a la estructura molecular". En el papel, los electrones de valencia interactúan con los rayos X.
@Shaktyai Lo llaman un "mecanismo de mezcla de ondas" y en ninguna parte del artículo hablan de transiciones y/o interrupciones de la red. Es una dispersión complicada en la que parte de la energía cristalina colectiva se transfiere al haz de rayos X. En ninguna parte dice que los electrones de valencia cambien de órbita.
Tampoco he dicho nunca que los electrones cambien de orbital debido a la absorción de rayos X....

AFM mide una fuerza que está más o menos directamente relacionada con la posición de los electrones o átomos. No mide tanto las posiciones como el momento, por lo que no viola el principio de incertidumbre de Heisenberg. Y tenga en cuenta que todas las buenas fotos que vemos son generadas por computadora. No puedo encontrar la referencia, pero la interpretación de las imágenes de AFM donde uno ve átomos en una superficie ha sido objeto de cierta controversia. Los científicos no estaban tan seguros de dónde ubicar exactamente los átomos.

¿Cómo QM permite obtener imágenes de orbitales de electrones individuales?
RespuestasAquíPolítica de privacidad1y, 0v