Relaciones de partículas atómicas

Soy estudiante de agricultura y estudiamos toneladas de química y, a pesar de que hice los exámenes, todavía tengo una buena duda sobre los átomos.

A través de mis estudios, diría que los electrones son contenedores de energía muy pequeños, que pueden contener entre un mínimo y un máximo de dicha energía, dependiendo de cuánta energía absorban y emitan. Mi pregunta es, ¿qué fuerza actúa para evitar que el electrón choque con los protones en el núcleo? ¿Y cómo los electrones de menor energía mantienen a los de mayor energía más externos al rayo atómico? ¿Los electrones de mayor energía no deberían sufrir más la atracción del núcleo?

Estoy interesado en una comprensión cualitativa, me alegraría si alguien pudiera explicarme esto bastante bien ya que a pesar de los numerosos videos y charlas de profesores todavía no me queda claro.

Debo agregar que si bien "diría que los electrones son contenedores de energía muy pequeños, que pueden contener entre un mínimo y un máximo de dicha energía, dependiendo de la cantidad de energía que absorban y emitan", probablemente sea lo suficientemente bueno como para comprender algo de química básica . clases, es casi completamente erróneo y deberías abandonarlo inmediatamente. Un electrón es una entidad con masa y carga bien definidas (y número cuántico de espín y leptón) que obedece a la mecánica cuántica (mecánica cuántica real, no creas que el modelo de Bohr aquí, estuvo mal desde el primer día).
Sí señor, respondió estas preguntas, pero aún no puedo obtener una imagen de ellas. Estoy buscando una forma puramente intuitiva de ver estas relaciones. Sé que los electrones tienen un comportamiento predominante de onda a pesar de su dualidad de materia de onda, así que imagino una nube donde se mueven un máximo de dos electrones. Por supuesto, no podemos saber la posición del electrón ya que lo que debemos saber es la longitud de onda y la frecuencia, no un punto. El protón se comporta de manera similar, supongo, pero tiene una carga opuesta, hasta donde yo sé, por lo que no puedo entender por qué no chocan. Estoy buscando una imagen de esto, no de ecuaciones.
Tienes que pensar en un tipo bastante curioso de fenómeno de onda no lineal que tiene vibraciones en ciertas frecuencias (muy altas). Esas son las "partículas" elementales. Estas vibraciones pueden organizarse en estructuras secundarias llamadas núcleos y átomos que tienen sus propias frecuencias de vibración diferentes (más bajas). Estos átomos luego forman moléculas con frecuencias de vibración aún más bajas y luego pueden formar sólidos con frecuencias de vibración muy bajas. Por lo general, no lo enseñamos de esta manera porque es bastante inútil, pero eso es lo que realmente está sucediendo, "intuitivamente" hablando.
Ok @CuriousOne entendiste lo que quise decir. ¿Puedes profundizar un poco más y explicarme cómo afecta esto a la relación entre protones y electrones? Te daré la respuesta correcta si puedes hacerme imaginar esto.
La razón por la que dije que esta imagen es bastante inútil es exactamente por la que nadie la está usando. No podemos calcular nada con él y es por eso que enseñamos la teoría completa que hace que esto sea cuantitativo. Si quieres saber cómo "funcionan" los átomos, tendrás que aprender mecánica cuántica no relativista. Simplemente no hay manera de evitar eso.
@CuriousOne Sí, entiendo eso, pero señor, sé sobre el ΔH, el espectro electromagnético, etc. Sé que estas son las cosas que miraríamos para tratar las reacciones entre átomos y moléculas dentro de su comportamiento ácido o base. Pero esta pregunta no se hizo con fines de utilidad, solo tenía curiosidad por tener una imagen cualitativa clara del micromundo en su capa más profunda, en lugar de meros valores, y entiendo que no es fácil.
Si quieres tener una imagen cualitativa del mundo microscópico en su nivel más profundo, me temo que tendrás que estudiar la teoría cuántica de campos por encima de todo. Para ser honesto, en algún momento la pregunta suena vaga... quieres la recompensa, pero no quieres hacer el trabajo.

Respuestas (2)

Tienes mala suerte, porque el micromundo de los electrones, núcleos, átomos y moléculas se ha estudiado con modelos matemáticos durante más de cien años y no está abierto a la mano que agita hipótesis del tipo: yo diría que los electrones son contenedores de energía muy pequeños, que pueden contener entre un mínimo y un máximo de dicha energía, dependiendo de cuánta energía absorban y emitan

Mi pregunta es, ¿qué fuerza actúa para evitar que el electrón choque con los protones en el núcleo?

Esta fue una de las preguntas básicas que formularon primero el modelo del átomo de Bohr y luego la ecuación de Schrödinger que condujo a la teoría de la mecánica cuántica. .

En lugar de que el electrón caiga continuamente sobre el núcleo, los experimentos mostraron que se obtuvo un espectro discreto , con un estado fundamental donde el electrón tiene un orbital estable.

¿Y cómo los electrones de menor energía mantienen a los de mayor energía más externos al rayo atómico? ¿Los electrones de mayor energía no deberían sufrir más la atracción del núcleo?

Los electrones en los estados cuantizados más altos caerán en cascada al estado fundamental liberando energía como fotones.

El potencial eléctrico del núcleo, utilizado en la ecuación de Schrödinger, da soluciones cuyo cuadrado complejo conjugado da la probabilidad de que el electrón se encuentre en un orbital específico l. Cuanto más cerca del núcleo se necesitará más energía para liberar el electrón, energía que hay que cuantificar.

La mecánica cuántica tiene que ser estudiada matemáticamente, para ser realmente entendida. El modelo de Bohr del átomo de hidrógeno es útil para empezar, pero es la ecuación de Schrödinger el verdadero modelo mecánico cuántico.

Sí, lo entiendo, y es lo suficientemente bueno como respuesta. Le di a los electrones esta etiqueta de 'contenedores' pensando en el estado de mayor energía que obtienen a través de la absorción de calor, por ejemplo. Yo sólo estaba interesado en una mera imagen. Lo que realmente no entendí es cómo es que el electrón que se mueve en algún lugar de la nube de electrones no golpeará al protón en el núcleo. Eso es todo.

Encontré la respuesta que buscaba en Chemistry SE

Como puede ver, no es tan imposible tener una imagen de lo que calcula.

https://chemistry.stackexchange.com/questions/51568/cuál-es-la-razón-por-la-que-los-protones-y-los-electrones-no-colisionan/51576#51576

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