visualización de electrones

Lo primero es lo primero, de ninguna manera soy físico ni estudiante de física. Yo estudio diseño gráfico. El tema de mi tesis de licenciatura es la visualización de fenómenos físicos y matemáticos, en pocas palabras, estoy tratando de crear una representación estéticamente agradable del electrón.

Con suerte hice mi tarea y obtuve un concepto muy rudimentario de orbitales bien. También vi el nuevo Cosmos donde en el episodio 5, se representa un electrón de hidrógeno, traté de crear una representación similar usando Processing.

En Cosmos, el Sr. Degrasse habla de "saltos cuánticos" en los que los electrones saltan desde orbitales de mayor energía (y usa exactamente la palabra orbital, no órbita) a los de menor energía, y viceversa.

Representación de Cosmos: (Perdón por el tartamudeo del gif, probablemente sea un problema con el renderizador)

cosmos

Y aquí está mi descripción: (salto, ocurre cada 1,5 segundos, y siempre salta de menor a mayor, aún no he descubierto otra manera. Mientras que la trayectoria del electrón de Cosmos se representa como una superficie plana, el ángulo del mío cambia con cada salto. Debido a la estética, omití las proporciones de electrón en comparación con el núcleo)

orbe

Mis preguntas son:

  1. ¿El electrón tiene algún tipo de velocidad, se "mueve"? ¿O se teletransporta "alrededor" de acuerdo con la función de probabilidad orbital? ¿Y por lo tanto la representación en Cosmos no es correcta?

  2. Si no es posible precisar la posición exacta del electrón en un momento dado, ¿es completamente incorrecta esta forma de representar el electrón?

  3. ¿La gran esfera llena de "puntos" que representan la probabilidad de la posición del electrón representaría mejor el comportamiento del electrón? Teniendo en cuenta que estamos trabajando con el átomo de hidrógeno.

Respuestas (1)

  1. El electrón no se mueve, no tiene una posición bien definida en el estado orbital y, por lo tanto, no tiene un momento bien definido. Tampoco se "teletransporta"; siempre que no interactúe con algo que lo obligue a estar en una posición definida, su estado se "mancha" por todo el electrón como una nube de electrones .

  2. Sí, este es esencialmente el modelo de Bohr , que se sabe que es falso (y, dado que todavía se enseña en las escuelas, la fuente de muchas confusiones sobre los orbitales de electrones). Por favor, no lo perpetúes.

  3. ¿Por qué puntos? Si insiste en visualizarlo, las imágenes "suaves" que tiene la página de Wikipedia sobre orbitales atómicos son mucho más adecuadas, por ejemplo:

ingrese la descripción de la imagen aquí

¿Cómo ocurre entonces el salto? ¿El electrón salta a todas las posiciones posibles? (siempre que la probabilidad de Orbital permita una "zona de aterrizaje") ¿Existe un electrón en todas las posiciones posibles? ¿De ahí la difamación?
@Monocheddar: el electrón tiene una probabilidad de encontrarse en todas las posiciones posibles. Hasta que mires, no existe en ninguno de ellos, sino solo en una superposición de ellos: no puedes decir dónde está el electrón mientras ocupe el estado orbital (y dado que los estados orbitales son estables bajo la evolución del tiempo, esos son los estados en los que estarán todos los electrones en el mundo real), solo donde se pueda encontrar . Uno lo imagina "manchado" sobre el volumen en el que la probabilidad de encontrarlo no es despreciable.
"El electrón no se mueve, no tiene una posición bien definida en el estado orbital y, por lo tanto, no tiene un momento bien definido". - Monocheddar debe entender, sin embargo, que puede medir diferentes variables para un electrón, y que esta declaración está destinada específicamente a aplicarse a mediciones de energía precisas (cada 'estado orbital' tiene una energía bien definida). Si, en cambio, elige medir periódicamente la posición y el impulso en el grado más preciso permitido por el principio de incertidumbre, podría verlo "moverse" entre mediciones sucesivas (no estoy seguro de cómo se vería exactamente).
@ACuriousMind Estás equivocado, youtube.com/watch?v=Yii1u2Lz-II Los electrones se mueven, tienen un momento angular bien definido. "no tiene una posición bien definida en el estado orbital y, por lo tanto, no tiene un momento bien definido". Es como decir: este coche no tiene una posición bien definida, por lo que no se mueve. photographymad.com/files/images/shutter-speed-motion-blur.jpg ¿Entiendes lo que dices hermano?
@eromod La redacción en la respuesta está un poco fuera de lugar: no es porque no tenga una posición bien definida que no tenga un momento bien definido, pero es cierto que los orbitales son estados estacionarios con energía y angular bien definidos impulso, pero no una posición bien definida o un impulso lineal. En ningún sentido significativo de la palabra, un electrón en un orbital se "mueve".
@ACuriousMind 1) Si mido la posición de un electrón alrededor de un átomo de hidrógeno a la medianoche, luego lo mido nuevamente un minuto después, ¿estará exactamente en el mismo lugar? 2) ¿los orbitales tienen la forma de electrones o los electrones residen dentro de los orbitales?
@eromod 1. Lo más probable es que lo mida en otro lugar, pero al medir su posición cambió su estado del estado orbital a un estado de posición, que ya no es estacionario. 2. Más lo último: "orbital" es solo el nombre del estado cuántico que ocupan los electrones. Las formas que se ven dibujadas son básicamente las funciones de onda asociadas a estos estados, es decir, la zona donde la probabilidad de detectar el electrón es grande si se mide su posición.
Entonces, si sus medidas muestran que está en diferentes lugares en diferentes momentos, ¿por qué insistiría en que no se muevan? ¿No contradice su creencia los datos experimentales? ¿O estás diciendo que el acto de medir "ES" lo que lo mueve? Sin medida no se movería?
@eromod Insisto en que no se "mueven" porque este no es un movimiento clásico, no hay un cambio continuo de una posición bien definida en el intervalo entre las dos detecciones, es simplemente la naturaleza probabilística de la mecánica cuántica. No es útil llamar a eso "movimiento" porque implica una imagen clásica que simplemente no es el caso. Si desea discutir esto más a fondo, puede pasar por el chat.
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