Sé muy poco sobre física cuántica, pero simplemente no puedo entender el hecho de que los orbitales no esféricos parecen estar "orientados", constituyendo un conjunto de "ejes de marco de referencia" fijos.
¿De verdad funciona así? ¿Hay direcciones dadas para un solo átomo en las que los orbitales "sobresalgan"? Y si es así, ¿en qué se basan? Si lo entiendo bien, el núcleo es aparentemente esférico, simétrico sin un eje de simetría único. ¿Qué decidiría entonces la orientación de los orbitales en el espacio (con respecto al entorno)?
Editar: entiendo que cualquier orientación funciona para satisfacer la ecuación de onda. Tenía más curiosidad por qué el átomo elegiría una dirección, en lugar de cualquiera de las otras. ¿Es eso fundamentalmente aleatorio? ¿Y esta configuración se conserva más o puede cambiar en cualquier momento?
Este es un concepto bastante complicado, y veo a los físicos de investigación tropezar con (análogos de) este problema con una frecuencia algo alarmante. Cuando tu dices
el núcleo es aparentemente esférico
lo que eso realmente significa es que los electrones interactúan con un objeto esférico (esencialmente una carga puntual de Coulomb en el centro nuclear) y, por lo tanto, su dinámica debe ser invariable bajo cualquier rotación alrededor de este punto. Sin embargo:
Por lo tanto, es perfectamente posible que un átomo exista en un estado anisótropo, como, digamos, el estado de hidrógeno. Lo único que requiere la simetría es que tengamos análogos estados a lo largo de cualquier eje dado como posibilidades, lo que obviamente es cierto.
Eso todavía no responde, por supuesto, la pregunta de qué manera un átomo dado en un state señalará, pero la respuesta a eso es simplemente que depende de la situación, y necesita especificar más información para decir algo útil.
Si todo lo que sabes es que un átomo dado está en un pero no tiene más información, entonces todo lo que puede decir es que el electrón está en un estado mixto de todas las orientaciones posibles, que es isotrópico y se puede escribir como
Sin embargo, en la práctica, cuando se trabaja con estados, u otros orbitales anisotrópicos, normalmente los ha preparado usted mismo, por ejemplo, estimulando una transición hacia arriba desde el estado con un láser polarizado linealmente, o algún otro método de bombeo anisotrópico. En esos casos, la orientación será fijada por el mecanismo de bombeo, es decir, la simetría se rompe por su aparato de preparación, que selecciona una de las muchas orientaciones posibles para el estado.
petirrojo
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por simetría
necrófago
petirrojo
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Emilio Pisanty