Esta es una afirmación aparentemente cierta:
"En un átomo de hidrógeno, las subcubiertas 2s y 2p tienen la misma energía".
¿Por qué es así? ¿Por qué iban a tener la misma energía? ¿No sería el 2p ligeramente más energético que el 2s?
Respuestas
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Lost1
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Mi profesor de química, el Sr. Ong Chiau Jin, responde:
¿Por qué todos los orbitales que tienen el mismo número principal en hidrógeno son degenerados?
En el hidrógeno, todos los orbitales con el mismo número cuántico principal 'n' (1,2,3...) son degenerados, independientemente del momento angular del orbital número cuántico 'l' (0,1...n-1 o s,p,d,). Sin embargo, en los átomos con más más de un electrón, los orbitales con diferentes valores de l para un valor de n no son degenerados. ¿A qué se debe esto? Seguramente la distribución radial de distribución radial son similares para el hidrógeno (en el sentido de que todavía hay penetración de orbitales y demás). ¿O es que los orbitales con diferentes valores de l son degenerados para un valor de n mayor que estaría ocupado en el estado básico de ese átomo en particular?
La respuesta está en su pregunta. Es sólo la interacción de múltiples electrones en un átomo como el He, Li, Be, etc. que hace que las funciones de onda de diferentes momentos angulares difieran en energía. Considere esto. Para el sistema de un electrón, ¿por qué un orbital p o d debería diferir en energía de un s? en energía de un s? ¿Qué los hace diferir? En el caso de varios electrones los orbitales p tienen una extensión espacial diferente, un ángulo diferente componentes angulares, por lo que la densidad de electrones causada por un electrón en ese orbital interactuará de forma diferente con los otros electrones. En otras palabras, es necesario tener más de un electrón para que la "forma" de los p y los orbitales d y f importen a los demás electrones. En el átomo de H sólo hay un electrón, por lo que no hay repulsión electrón-electrón para diferenciar los orbitales s, p y d.
Puede que no sea la respuesta perfecta, pero recoge la esencia de la respuesta perfecta, que es la idea de interacciones multielectrónicas . Espero que esto ayude.
shaiss
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Si te tomas la molestia de establecer el Hamiltoniano para un solo electrón en las proximidades de una partícula de tamaño puntual y con carga positiva (nuestra aproximación al protón) -es decir, la del átomo de hidrógeno- y luego resuelves la ecuación de Schrödinger, te darás cuenta de que la energía de dicho electrón depende sólo en el número cuántico principal (normalmente etiquetado como $n$ ).
Esto es cierto para todos los átomos similares al hidrógeno, es decir, también para $\ce{He+, Li^2+},\dots$ (Sin embargo, hay que tener en cuenta que las energías de los orbitales de un catión de helio son naturalmente diferentes de las de un átomo de hidrógeno).
No es hasta que se añade adicional electrones a la especie que su potencial induce una diferencia entre las energías de las subcáscaras s y p de una determinada cáscara.
