¿Es el electrón realmente una onda estacionaria?

Question

Estudié en mi clase de física que de Broglie propuso que los electrones son en realidad ondas estacionarias y esa es la razón por la que sus niveles de energía están cuantificados.

Pero he estudiado que la función de onda de un electrón es lo que llamamos el orbital atómico y las funciones de onda de los electrones tienen varias formas dependiendo de los niveles de energía (es decir, las funciones propias de los valores propios correspondientes).

Por ejemplo, algunas funciones de onda tienen forma esférica (orbitales s), otras tienen forma de campana (orbitales p), etc. Pero si las funciones de onda de los electrones tienen estas formas, ¿cómo puede ser el electrón una onda estacionaria?

Por ejemplo, si la función de onda de un electrón es esféricamente simétrica (s-orbital) eso significa que hay un 99% de probabilidad de encontrar el electrón en esa región esférica. Pero si el electrón puede estar en cualquier parte de ese espacio tridimensional, entonces ¿cómo puede comportarse como una onda estacionaria como propuso de Broglie?

Esto es porque si el electrón fuera una onda estacionaria sería una onda estacionaria en su órbita y será una "cosa" bidimensional. Pero por otro lado también estamos diciendo que la función de onda del electrón es esféricamente simétrica y por lo tanto puede estar en cualquier parte del espacio tridimensional.

¿Cómo puede un electrón ser a la vez una onda estacionaria y tener su función de onda esféricamente simétrica? ¿Es el electrón una onda estacionaria? Estoy muy confundido. ¿Puede alguien dar una explicación?

Answer 1

A menudo pensamos en una onda estacionaria como una función unidimensional a lo largo de una línea -por ejemplo, una cuerda que vibra o una onda sonora en un tubo de órgano- o alrededor de un círculo. Pero también hay funciones de ondas estacionarias bidimensionales que viven en la superficie de una esfera: se llaman armónicos esféricos .

Las formas mostradas para los orbitales atómicos de un átomo de hidrógeno, por ejemplo (que en realidad representan la distribución espacial de la amplitud de la función de onda de un electrón) se basan en estas funciones armónicas esféricas.

Answer 2

El modelo de Bohr es un modelo primitivo de cuantificación, . La posición de Broglie onda interpretación del modelo de Bohr no es la función de onda calculada con la ecuación de Schrodinger y el potencial de Coulomb. El onda en la función de onda es un onda de probabilidad .

A probabilidad significa que hay que tomar muchas medidas del electrón para definir su posición en (x,y,z) en el momento t, es decir, para definir el orbitales aquí para hidrógeno.

El propio electrón es una partícula puntual según la modelo estándar no una ola. Dependiendo de las condiciones de contorno se puede calcular una función de onda, como ocurre con el hidrógeno. Si se observan los orbitales del hidrógeno ( calculado de las funciones de onda donde los electrones pueden estar ligados) verás que no todas son esféricamente simétricas.

Answer 3

Un electrón es una onda estacionaria (3D) sólo cuando está limitado (como por el pozo de potencial eléctrico de un núcleo). No hay ninguna regla que diga que una onda estacionaria 3D deba ser esférica.

Answer 4

Estás confundido y lo entiendo, porque hay un artículo de la wiki que dice definitivamente que sí:

Los electrones no orbitan alrededor del núcleo como un planeta que orbita alrededor del sol, sino que existen como ondas estacionarias.

https://en.wikipedia.org/wiki/Atomic_orbital#Electron_properties

Aunque, como puedes ver en otras respuestas, el electrón no siempre se puede representar como una onda estacionaria porque:

Los objetos cuánticos no son ondas. Los objetos cuánticos no son partículas puntuales clásicas. Son objetos cuánticos, que pueden mostrar propiedades ondulatorias y de partículas. Se puede representar un estado cuántico por su "onda de probabilidad" o función de onda, cuyo cuadrado da la densidad de probabilidad de encontrar el objeto "como partícula" en determinados lugares. No se trata de una onda en el sentido clásico en el que cualquier cosa física estaría oscilando aquí, y la ecuación de Schrödinger no siempre se parece a una ecuación de onda. Los electrones pueden estar en más de un orbital a la vez, debido a la posibilidad general de superposición de estados cuánticos. Pero como los orbitales son las soluciones de la ecuación de Schrödinger independiente del tiempo, estar en un -y sólo un- orbital es el único estado estable para un electrón, mientras que todos los demás estados cambiarán por la evolución del tiempo. Los orbitales no "interfieren" porque, bueno, no son ondas reales.

El electrón como onda estacionaria y su estabilidad

1. un electrón es un objeto cuántico, muestra en ciertos experimentos propiedades parecidas a las de una onda, y propiedades parecidas a las de una partícula en otros, pero no es ninguna de las dos cosas, en realidad se describe mejor por la QM.

2. el electrón no es una onda en el sentido clásico, nada oscila, y la ecuación de Schrodinger no puede expresarse siempre como una ecuación de onda.

3. el electrón puede estar en superposición (más de un orbital), pero estar en uno solo es un estado estable y todos los demás estados serán cambiados por la evolución del tiempo, y los orbitales no interfieren, porque no son ondas.

Así que la respuesta a tu pregunta es que, aunque por simplicidad podría ser ventajoso representar al electrón en ciertos casos como ondas estacionarias, en realidad el universo es fundamentalmente mecánico cuántico y los átomos (y los electrones) se modelan utilizando recursos de la MC (incluida la ecuación de Schrodinger) que no siempre pueden expresarse como ecuaciones ondulatorias.