Resolviendo la ecuación de Schrödinger se obtiene una función de onda para cada electrón en un átomo de cualquier elemento. Las funciones de onda debajo del átomo se pueden elevar al cuadrado para generar mapas de distribución de probabilidad, u orbitales, para los electrones en ese átomo.
Dado que un electrón se mueve alrededor del núcleo, posee al menos energía cinética, energía potencial gravitacional y energía potencial eléctrica. Cuando hablamos de la energía del electrón, generalmente nos referimos a la suma de todas las formas de su energía.
De acuerdo con el modelo de la mecánica cuántica de los átomos, cada orbital de electrones cae bajo una capa, que tiene un valor de energía muy claramente definido. por ejemplo, el , , , y Se considera que todos los orbitales poseen el valor de energía en . Cuando se asigna un electrón a un orbital, ¿posee exactamente la misma cantidad de energía que la capa del orbital?
Mi respuesta intuitiva es no, ya que un orbital cubre una porción considerable del espacio atómico. Un electrón no puede poseer exactamente la misma energía total en ninguna posición dentro de este espacio orbital. Pero si un electrón puede poseer más o menos energía total que la capa de su orbital dependiendo de su posición, ¿qué regla determina que debe pertenecer al orbital en cuestión, en lugar de a un orbital con menor o mayor energía de capa?
Para problemas de un solo electrón, la "energía del electrón" es exactamente la energía del orbital. No existe una "energía del electrón" separada del valor propio de energía de su función de onda en la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo (que es la cantidad técnica específica que a menudo se resume como la "energía del orbital").
En particular, cuando dices
un orbital cubre una porción considerable del espacio atómico. Un electrón no puede poseer exactamente la misma energía total en ninguna posición dentro de este espacio orbital.
esa es solo tu intuición clásica que te lleva por mal camino. El electrón no tiene una posición (a menos y hasta que realice una medición proyectiva de la posición) y, en cambio, se describe mediante una onda deslocalizada que cubre una región extendida del espacio. Parte de su energía proviene de una energía potencial basada en la posición, pero la energía cinética (que es proporcional al laplaciano) es una medida directa de cuán ondulada y localizada se vuelve la onda. Así es la energía en QM; el resto es solo equipaje clásico que debe desecharse.
Algunas palabras de advertencia:
En los átomos multielectrónicos, la energía potencial incluye la repulsión electrostática electrón-electrón. Esta energía pertenece al sistema como un todo y no puede asignarse a ningún electrón individual.
Además, en los átomos multielectrónicos, los orbitales no son cantidades físicas bien definidas y solo se determinan de forma única dentro del método Hartree-Fock , que es, en el mejor de los casos, una aproximación.
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