¿Cómo se "mueve" un electrón en un orbital sss?

He leído varias respuestas en StackExchange sobre esta pregunta, pero no pude encontrar una respuesta concreta. Al igual que otras preguntas, la razón por la que pregunto sobre el s -orbital es porque tiene un momento angular orbital cero. Pero, ¿la implicación de tener un momento angular cero no está clara? Algunas respuestas discuten las distribuciones de probabilidad, pero la pregunta es cómo puede haber múltiples lugares para un electrón, si no puede moverse. Leí otra respuesta que dice que el electrón pasa a través del núcleo o se curva alrededor de él como una onda. Agradecería si alguien pudiera dar una solución a esta pregunta.

"Mover" significa evolución temporal del estado, que viene dada por | ψ ( t ) ⟩ = mi − i H t | ψ ( 0 ) ⟩ = mi − i mi s t | ψ ( 0 ) ⟩ .
Los electrones pueden existir en más de un lugar al mismo tiempo.
+1 a la respuesta de anna v. La palabra "partícula" significa algo completamente diferente dentro de un salón de clases de física que afuera. (Lo mismo es cierto para "trabajo" y "calor" y "extrañeza", etc.). Tendrás que dejar de lado tus imágenes mentales cotidianas.
No se mueve en ese orbital, existe en ese orbital. Cuando lo sondea repetidamente, se puede encontrar en diferentes lugares sin "moverse" entre ellos pero permaneciendo exactamente en la misma distribución espacial.

Respuestas (2)

Para mí, la implicación física del momento angular cero es que la distribución de probabilidad del electrón es esféricamente simétrica. En el nivel más profundo, la propiedad del momento angular en la mecánica cuántica describe cómo algo se transforma bajo rotaciones (ver el teorema de Noether ). Aunque esta es una propiedad bastante abstracta, en el caso de los orbitales electrónicos se relaciona con algo extremadamente concreto y susceptible de visualización: a saber, la forma de la distribución de probabilidad angular .

Cualquier interpretación basada en conceptos clásicos está condenada al fracaso en algún momento. En este caso la confusión surge de imaginar que el electrón está en un “lugar” determinado, o que se “mueve”. La única descripción verdaderamente útil del electrón que se ha encontrado es la función de onda cuántica y su distribución de probabilidad correspondiente.

¿Cómo significa que el momento angular cero es esféricamente simétrico? Sospecho que la respuesta se puede probar matemáticamente, pero es su explicación física.
@ user29568 La comprensión más profunda disponible de este punto es a través del teorema de Noether, vinculado en mi publicación, que sin embargo requiere algunas matemáticas. Si desea una analogía física, tenga en cuenta que incluso clásicamente un objeto con un momento angular distinto de cero tiene un eje de rotación, que define una dirección preferida en el espacio. Decir que un objeto no tiene momento angular es equivalente a decir que no existe tal eje, por lo tanto todas las direcciones son equivalentes y tenemos simetría esférica. En general, el momento angular cero es equivalente a la propiedad de invariancia rotacional perfecta.
Creo que entendí lo que dices, así que dado que el electrón no tiene un momento angular, no tiene una dirección favorecida, lo que significa que básicamente puede ir en todas las direcciones definidas por un área esférica. Pero, ¿qué hace que los electrones definidos en el orbital s sean tan especiales que no tengan momento angular? ¿Es su por defecto?
@ user29568 Cada vez que dice o piensa algo como "un electrón puede ir en todas las direcciones", se está confundiendo. Un electrón atómico no "va" a ninguna parte, sino que existe en un orbital: este es un estado de la naturaleza en el que un electrón tiene solo una pequeña probabilidad de estar en cualquier lugar. Como la respuesta de anna ha tratado de enfatizar, los electrones no tienen trayectorias, y tratar de comprender la distribución de probabilidad en términos de estos no funcionará, y simplemente lo confundirá. La borrosidad es una propiedad intrínseca del electrón, no tiene nada que ver con algún movimiento subyacente.
El estado especial del orbital s es simplemente una de las infinitas soluciones que existen para la ecuación de Schroedinger de un átomo. La razón por la que puede tener un momento angular precisamente cero está relacionada con la discreción cuántica de otras cantidades como la energía para los estados ligados. La mejor manera de entender esto es por analogía con las ondas estacionarias de la física clásica, que solo pueden poseer ciertos valores cuantificados de frecuencia y longitud de onda. En última instancia, esto está relacionado con las propiedades de las ecuaciones ondulatorias cuando las condiciones de contorno requieren que la solución se limite a una región finita.
Entonces, en última instancia, todo en el nivel atómico está definido por ecuaciones matemáticas sin conceptualización original y física y certeza al respecto. No es de extrañar que esto tenga a Einstein, todo decepcionado. Gracias por tu respuesta, aunque
@ user29568, en todo caso, las matemáticas mejoran la certeza, ya que es difícil hacer predicciones comprobables sobre meras intuiciones. Una vez que pueda manipular, medir y hacer predicciones sobre esas medidas, puede realizar ciencia. El desafío es que a medida que profundizamos más, las cosas que estamos modelando ya no son las cosas que evolucionamos para comprender intuitivamente. Sabemos visceralmente lo que es lanzar una piedra y predecir dónde caerá, pero comprender las distribuciones de probabilidad requiere un poco más de trabajo.

Los electrones son partículas elementales. Las partículas elementales son entidades de la mecánica cuántica, y sus interacciones se describen muy bien mediante las soluciones de las ecuaciones diferenciales de la mecánica cuántica. Los orbitales son la descripción matemática de estas soluciones.

Las partículas elementales no son partículas en el sentido de una bola de billar, con una trayectoria específica (x,y,z). No se mueven en soluciones de problemas de mecánica clásica. Por eso se llaman orbitales y no órbitas. Tienen un lugar geométrico en el espacio descrito por una función de probabilidad que es igual al cuadrado de la función de onda de la solución.

hidrogenoorbital

Han medido los orbitales del hidrógeno con un ingenioso microscopio, por lo que los electrones no están en órbita, sino en una distribución en el espacio

Las distancias atómicas , como en la imagen, son del orden de 10^-10 metros, el protón en la imagen se localiza en diámetros de 10^-15 metros. Como esto involucra volúmenes, la distribución de probabilidad del estado S pasa por el lugar geométrico donde está el protón, con una probabilidad de interacción muy pequeña. En ese punto, uno debería resolver el problema con la segunda cuantización, ya no con la simple Schroedinger. Existen estudios al respecto.

El caso del positronio , que tiene soluciones similares a las del hidrógeno, vive un tiempo y luego se aniquila es una prueba experimental del estado S que pasa por el centro del potencial.

También se observa captura de electrones del estado S en núcleos ricos en protones .

Sé que un electrón no tiene una trayectoria específica, pero no son los orbitales, una función que nos permite calcular la probabilidad de encontrar un electrón en una determinada región del espacio. Mi pregunta es cómo tiene el electrón múltiples lugares posibles para estar, si no puede moverse. ¿O es solo que dado que es imposible predecir exactamente dónde estaría un electrón, entonces no podemos predecir cómo evoluciona con el tiempo?
Es la mecánica cuántica. Si existe una dependencia del tiempo en la distribución de probabilidad, aparecerá una dependencia del tiempo. De lo contrario, solo será el sorteo de la medida específica (como los de la imagen de arriba). Similar a una onda estacionaria en una cuerda, está en toda la cuerda.
No creo seguir. Como partícula, ¿el electrón tiene una velocidad?
Si es así, ¿no significa eso que está en movimiento? Entonces, ¿los electrones descritos en el orbital s están en movimiento o están quietos?
Depende del experimento. Los electrones en un acelerador tienen una velocidad. Los electrones en un tubo de rayos catódicos tienen una velocidad. Esto se debe a que no están limitados y solo están limitados probabilísticamente por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Los electrones enlazados están completamente limitados probabilísticamente por las condiciones de contorno de la solución de la ecuación de Shrodinger. La función de onda no está en un estado propio del operador de velocidad. Está en un estado propio de energía. estimando la velocidad usando 1/2mv**2 pero no significa mucho: un número promedio para comparar con el modelo no físico de Bohr
¿Cómo se "mueve" un electrón en un orbital sss?
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