¿Se superponen las órbitas?

Question

Sí, como dice el título: ¿Las órbitas se superponen?

Quiero decir, si le echo un vistazo a esta figura...

Veo la distribución en diferentes orbitales. Así que si por ejemplo tomo los orbitales S, todos son sólo una esfera. Entonces, ¿la órbita 2S no se superpondrá con la 1S, haciendo que los electrones de cada órbita se "encuentren" en algún momento? ¿O he entendido mal algo?

Answer 1

Si quieres preguntar "¿se superponen las distribuciones de probabilidad orbitales radiales?", la respuesta es sí :

Crédito de la imagen

haciendo que los electrones de cada órbita se "encuentren" en algún momento

Como pueden ver en la imagen, los orbitales de los electrones no son eigentstates de posición. Si estás imaginando dos electrones de punto en diferentes orbitales chocando, no estás pensando "mecánicamente cuántico".

Answer 2

Un orbital es esencialmente una función de onda de la que se puede inferir una distribución de probabilidad de la ubicación de un electrón tras su medición. Lo que se representa será algo así como la región dentro de la cual la probabilidad es del 50% (con una forma que depende de una descomposición de la función de estado en una parte radial y una parte angular).

Si quiere preguntar si estas regiones se superponen, sí, ciertamente lo hacen. Si quieres preguntar si las regiones del espacio donde las probabilidades son distintas de cero se superponen, es aún más cierto que lo hacen, ya que la probabilidad es distinta de cero casi en todas partes (es decir, cero en el conjunto del volumen 0). Si quieres preguntar si ellas (o más bien los espacios que abarcan) en el espacio de estado se superponen, entonces no: ver la respuesta de Programming Enthusiast.

Answer 3

Los orbitales que se muestran en la figura son los diferentes estados propios de las funciones de ondas electrónicas derivadas de la solución de la ecuación de Schrodinger. Uno de los postulados de QM establece que estos estados propios son independientes en un átomo libre.

Las órbitas se superponen cuando dos átomos están próximos entre sí, por ejemplo en una molécula, y el grado de superposición corresponde al tipo de unión (iónica, covalente, etc.).

Answer 4

Sí, las órbitas se superponen. Sin embargo, estos orbitales no significan necesariamente que es donde está el electrón. Los orbitales son sólo los lugares probables donde estaría un electrón. De hecho, los electrones ni siquiera están necesariamente en esos orbitales; podrían estar en cualquier lugar. Esto se puede mostrar matemáticamente, pero es algo relativamente denso. Si tienes curiosidad y quieres una explicación detallada, me encantaría editar la respuesta para mostrar todo eso.

Answer 5

Ha habido mucho énfasis en el QM al detallar los eventos aquí. En primer lugar, sería beneficioso examinar los fundamentos de la física moderna, que están sólidamente basados en pretextos matemáticos que muestran su importancia cuando se relacionan con varios fenómenos físicos. La mecánica cuántica se centra en el significado matemático como perspectivas. Pero eso no quiere decir que los aspectos físicos de tales mediciones puedan ser descartados o tergiversados en un análisis cualitativo.

Las ondas representativas de las partículas aquí mencionadas representan probabilidades radiales, que son acumulativas en cierto sentido; en lugar de medir las densidades de los electrones en varios puntos, el objetivo es analizar la probabilidad radial que tiene en cuenta la probabilidad acumulativa de un volumen infinitesimalmente pequeño a una distancia r del centro del núcleo, extendido tridimensionalmente sobre una región que encapsula el núcleo a esa distancia. Esto elimina la necesidad de definir la ubicación precisa del electrón y, por lo tanto, extiende la incertidumbre a una región más grande centrándose en la distribución de probabilidad en la región. De ahí la observación del principio de incertidumbre.

Todo lo anterior sigue siendo válido en lo que respecta a las mediciones y análisis. En última instancia, existe ese cierto electrón en n=1 y n=2 y así sucesivamente, y sobre la base de las distribuciones de probabilidad, estas partículas pueden existir en el mismo lugar, pero probablemente en momentos diferentes, si se observan otros principios asociados al estado del electrón.

Así es, los electrones tienen posiciones definitivas en un momento dado. El principio de incertidumbre rige sólo las mediciones, y es correcto; no podemos medir la posición y el momento de un electrón con precisión, todo a la vez.