¿Cómo se organizan los orbitales en un átomo?

¿Alguien también puede ayudarme a visualizar un átomo (es decir, la trayectoria/movimiento de un electrón y otras cosas)?

La ayuda básica es enfatizar que los electrones y los átomos son entidades mecánicas cuánticas, no partículas clásicas con trayectorias continuas en función de (x,y,z,t).

La mecánica cuántica significa que, a nivel microscópico, lo que se puede ver y medir es una instancia en (x, y, z, t) en una distribución de probabilidad calculada para un orbital particular . Las órbitas pertenecen a los planetas y al modelo semiclásico de Bohr , que predice órbitas en correspondencia uno a uno con los orbitales probabilísticos mecánicos cuánticos teóricamente correctos . Aquí para el átomo de hidrógeno, que es simple:

¿Qué significa esta trama? Significa que cada punto es la ubicación del espacio-tiempo donde se encuentra un solo electrón cuando se realiza un experimento. Hay un lugar geométrico definido (alrededor de las órbitas semiclásicas de Bohr), pero la probabilidad de encontrar el electrón en un punto específico (x, y, z, t) viene dada por la$|Ψ|^2$de las correspondientes funciones de onda del hidrógeno . (que se usaron para hacer esta trama).

Ha habido confirmación experimental de los orbitales de hidrógeno.

Lo que está viendo es la primera observación directa del orbital de electrones de un átomo: ¡la función de onda real de un átomo! Para capturar la imagen, los investigadores utilizaron un nuevo microscopio cuántico, un dispositivo nuevo e increíble que literalmente permite a los científicos observar el reino cuántico.

Aquí hay orbitales moleculares más complicados,

En el espacio donde no hay orbitales de electrones, las fuerzas positivas atractivas de los núcleos pueden dominar, por lo que los átomos y las moléculas pueden atraerse entre sí y encajar como LEGO en estructuras grandes.

Cuantos más electrones tiene un átomo, más niveles ocupa. En el hidrógeno, cuando no está excitado, solo está ocupado el orbital más bajo.

Según mi conocimiento, los orbitales son regiones que tienen la mayor probabilidad de encontrar electrones.

Sí, tienes razón.

Digamos por un segundo que conozco la ubicación de los orbitales (como se muestra en el video), pero ¿qué significa realmente, es decir, cómo se mueven realmente los electrones y esas cosas?

El video simplemente demuestra cómo se organizan los orbitales en un átomo. Significa cómo se colocan las nubes de electrones alrededor del núcleo. Mientras estudiamos la estructura atómica, primero estudiamos cada uno de los orbitales y sus características. Ahora, este video muestra la disposición de los orbitales alrededor del$Sc_{21}$núcleo. Tenga en cuenta que los electrones se moverán solo en las capas según la configuración del átomo. Por ejemplo, la configuración de$Sc_{21}$es:

$1s^2 2s^2 p^6 3s^2 p^6 d^1 4s^2$

Entonces, los electrones solo se encontrarán en estas capas. Las otras conchas de$3d$también están presentes, pero están vacíos.

¿Alguien también puede ayudarme a visualizar un átomo (es decir, la trayectoria/movimiento de un electrón y otras cosas)?

Solo tienes que entender que los electrones se mueven en sus orbitales, y luego estos orbitales se colocan alrededor del núcleo. No hay nada más que eso.

Definitivamente no puedes saber el camino de un electrón, y es por eso que es el modelo cuántico. Solo puede decir dónde será máxima la probabilidad de encontrar un electrón.

Puede ser útil visualizar cosas para no considerar al electrón como una partícula. Es mejor verlo como una onda cuando está en la órbita alrededor del núcleo. Entonces, los orbitales son donde la onda es más fuerte, más o menos donde el "sonido" se escucha más fuerte (si pudieras "escuchar" la onda). Es posible "escuchar" el electrón lejos de su órbita, pero mucho más débil, es decir, con menor probabilidad.

La dualidad del electrón como partícula y como onda se demuestra mediante el experimento de la doble rendija. Esta dualidad es un punto de partida en el extraño mundo de la mecánica cuántica. El mundo cuántico es muy diferente del mundo macro que conocemos, descrito por las matemáticas y verificado por muchos experimentos. Para calcular las órbitas, tienes que añadir un poco de relatividad especial, que es un gran tema en sí mismo. https://en.wikipedia.org/wiki/Double-slit_experiment y https://en.wikipedia.org/wiki/Special_relativity