Sé que pueden pasar electrones de decir 2s orbital a un orbital 2P sin ocupar, como en el átomo de carbono que puede formar 4 enlaces de esta manera. Pero quiero saber ¿es posible para un electrón decir en orbitales 2P cambiar su lugar con un electrón en 2s? ¿Sé solamente 2 electrones están permitidos en un orbitario, pero es posible que un electrón a expulsar a otro y tomar su lugar para que el derrocado electrón tendría que tener el otro lugar? ¿Esto es teóricamente posible?
Respuestas
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mark4o
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La respuesta corta es: de acuerdo a nuestra actual comprensión de la mecánica cuántica, no podemos decir.
Y ahora la respuesta larga:
En primer lugar, si aún no lo ha visto Richard Feynman 60-segunda cartilla para el método científico, que sin duda debe ver ahora. Es corto. Prometo que no voy a ir a ninguna parte mientras que usted está viendo.
...
Bien. Así que la manera en que funciona la ciencia es a prueba las ideas por medio de un experimento. Esto significa que con el fin de distinguir entre cual de las dos ideas es a la derecha, tendremos que venir para arriba con algunas diferencias en su comportamiento. Esto a veces puede ser problemático en la ciencia debido a la diferencia en el comportamiento entre los dos modelos pueden ser muy pequeñas. Para tomar sólo un ejemplo, no fue hasta el siglo 20 que un aparente error en la órbita de Mercurio se confirmó, que finalmente fue explicado por la relatividad. Antes de eso, si le había dado a alguien la teoría de la relatividad y la teoría Newtoniana de la gravedad y se les pide que diga cuál era la correcta, se habría encogido de hombros. Simplemente no hubo suficiente evidencia de alta calidad para decidir entre uno u otro.
Por otro lado, lo que si hay es una pesadilla de la situación en la que simplemente no puede decir la diferencia no importa lo bueno que nuestros instrumentos son? Imagina que yo te de un pequeño cubo que se ilumina cuando lo sacudes, pero he utilizado la magia así que no importa qué experimentos intenta utilizar para averiguar lo que hay dentro del cubo, usted no puede obtener ninguna información. Puedes probar a utilizar los rayos x para la imagen del interior, o el peso, o girar a su alrededor para ver si el interior se distribuyen de manera desigual, o mira con una cámara IR...pero cada vez, la magia hace que su resultados inútiles.
Supongamos ahora que te he preguntado cómo trabajaba el cuadro. Sin ser capaz de obtener cualquier información, usted está atascado! No importa lo inteligente que usted está haciendo su conjetura o cuántas conjeturas usted viene para arriba con, realmente no se puede decir nada acerca de cualquiera de ellos, porque estás siendo por arte de magia impide la obtención de información acerca de lo que está en la caja.
Esta es una idea muy importante, así que quiero asegurarme de que realmente lo entiendo. Sin algún tipo de comportamiento real de la diferencia que puede ser mirado, la ciencia no tiene forma de distinguir entre ideas alternativas.$^1$
Ahora, la mecánica cuántica es a veces mucho a nuestra caja mágica (a prácticamente cualquier persona que intenta estudiar, es una caja mágica). Nuestra comprensión actual de la QM dice que tenemos esta función de onda que nos dice lo que el sistema está haciendo. En realidad no podemos mirar a la función de onda. Lo mejor que podemos hacer es utilizar algunos operadores , que nos dará los valores de algunas propiedades (no te preocupes si todo esto suena muy misterioso, se necesitan años de estudio para entender algunas de las cosas).
Entonces, ¿cómo podemos ver si la función de onda coincide con lo que creemos que es? Así, podemos ver lo que nos debe obtener de los operadores, y lo que en realidad se consigue a partir de la medición. Por ejemplo, mediante la aplicación de algo que se llama el operador Hamiltoniano para la función de onda, se obtiene la energía total del sistema. A continuación, podemos medir la energía total del sistema y ver si la teoría y el experimento de acuerdo. Podemos hacer que un montón de veces, la medición de la inercia y la energía cinética, y la posición media del sistema. Si nosotros hacemos lo suficiente de veces, se puede decir "eh, que es probablemente la correcta" y, a continuación, pasar al siguiente problema.
Ahora, volviendo a tu pregunta original: ¿electrones nunca cambian de lugar? Así, nuestra comprensión actual de la mecánica cuántica es que, cuando los electrones cambian de lugar, la función de onda cambia de signo.$^2$ "Aha!" Te oigo decir. "Así que podemos ver la función de onda y ver si se cambia de signo, y si alguna vez nos vemos flip, podemos decir que los electrones cambiado de sitio!"
Bueno...no realmente. Porque no podemos mirar a la función de onda directamente, sólo podemos medir las cosas a través de los operadores. Y aquí es donde el sucio truco entra en juego: para todos los operadores que en realidad podemos observar, no habrá ningún cambio si la función de onda invierte su signo.
Estamos atrapados! Al igual que nuestra caja mágica, de la que no tenemos ninguna información significativa acerca de lo que está pasando en el interior, y así que realmente no podemos saber si los electrones cambiado de sitio. Incluso si lo hicieran, sería exactamente igual a nosotros (no importa lo bueno que nuestros instrumentos son, no podemos ver una diferencia, porque, literalmente, no es uno). Es un problema indecidible!
Ahora, si usted es cualquier cosa como mí, este es un muy malo y decepcionante respuesta. Me tomó un largo tiempo para aceptar el hecho de que hay algunas cosas en la ciencia que no puede decidir. Así que vamos a conseguir un poco de creatividad: ¿qué tendría que cambiar en la ciencia para nosotros ser capaces de decir?
La primera, y más directamente, necesitamos una teoría alternativa a QM que nos permite distinguir entre los dos casos. Viendo cómo increíblemente complejas teorías actuales son, dudo que va a suceder en cualquier momento (aunque podría ser una grata sorpresa). La segunda es que se necesita algún método para medir la función de onda directamente, en lugar de mirar a través de los operadores. He escuchado los susurros de grupos de progreso en ese frente, aunque sinceramente, no sé si hay algo de verdad en eso o no. De una forma u otra, no espero que vamos a ser capaces de responder a esta pregunta de mañana, o en cualquier momento relativamente pronto.
$^1$ Algún tiempo atrás, me enteré de una muy inteligente papel que tuvo que lidiar con este problema. Hubo un efecto que bien podría depender de la temperatura o la densidad del agua. Por supuesto, usted no puede controlar la temperatura y la densidad del agua de forma independiente (el material se expande cuando se calienta), y así que todo el mundo acababa de asumir que la temperatura era responsable. Este grupo se dio cuenta de que, si supercool el agua, toma de densidades similares a las que se encuentran por encima de 0C. Por cuidadosamente el sobreenfriamiento el agua y la medición de este efecto, se encontró que en las densidades similares de agua, el efecto fue el mismo, incluso cuando la temperatura difieren por más de 50C. Fue densidad de los que era responsable de todo!
$^2$ Esta es una de las más misteriosas cosas sobre todo de la física. Incluso después de dos años de estudio de la mecánica cuántica, todavía tengo que encontrar a alguien que puede ofrecer una explicación satisfactoria de por qué los fermiones (media entero de espín de las partículas) debe voltear su función de onda en el intercambio de (aparentemente idénticas) de partículas. Si usted sabe de una buena lectura sobre el tema, por favor, ponlo en los comentarios y lo añadiré aquí!
Swinders
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Es que, teóricamente, esto es posible?
Teóricamente su pregunta del título es de sentido para la ciencia ni siquiera de responder y es por eso que.
Los electrones son indistinguibles, o idénticos, las partículas en el sentido de que todos tienen exactamente las mismas propiedades físicas de modo que no pueden ser distinguidos el uno del otro, ni siquiera en principio. Por lo tanto, no hay ninguna diferencia observable entre las dos situaciones que están tratando de distinguir:
- De electrones en el $2s$ orbital mientras que la electrónica-dos es $2p$ orbital.
- Electrón-dos es $2s$ orbital de electrones, mientras que en el $2p$ orbital.
Usted puede no decir que estos dos diferentes de configuración aparte. Imaginemos que tenemos el siguiente juego simple: puedo mostrar a usted (¿cómo lo hago es irrelevante) un átomo con un electrón en $2s$ orbital y otro en la $2p$ orbital. Yo, a continuación, ocultar y no hacer nada, o exchnage los electrones. Por último, os muestro el átomo de nuevo y te pregunto, ¿he de intercambio de electrones o no? Te gustaría ser capaz de responder a esa pregunta? Seguramente, no! Y esto es esencialmente lo que hace que tu pregunta del título sin sentido.
Sé que los electrones pueden pasar de decir que el orbital 2s a un desocupado 2p orbital, como en el átomo de Carbono que puede formar 4 enlaces de esta manera.
Por supuesto, aquí se puede decir claramente la diferencia entre las dos situaciones siguientes
- Dos electrones en $2s$ orbital y dos electrones en $2p$ orbital.
- Un electrón en $2s$ orbital de electrones, mientras que en el $2p$ orbital.
por solo contar los electrones en diferentes orbitales (de nuevo, ¿cómo lo hace es irrelevante).
Seb
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En primer lugar, parece que tienes un concepto erróneo acerca de los orbitales atómicos y moleculares de los orbitales. El carbono que toma parte en la unión dentro de una molécula, los electrones no se mueven de su orbital 2s a un desocupado orbital 2p. Creo que lo que usted se refiere es la hibridación: Se toma el 2s y 2p y construir las combinaciones lineales de ellos para obtener un conjunto de, por ejemplo, cuatro energéticamente equivalentes $\ce{sp^3}$ orbitales y, a continuación, utilizar estos orbitales para formar enlaces entre el carbono y, por ejemplo, la de los orbitales 1s de los cuatro átomos de hidrógeno, obteniendo así, el metano $\ce{CH4}$. Pero el problema es que el carbono $\ce{sp^3}$ o de hidrógeno de los orbitales 1s no son realmente presente en un sentido físico en el $\ce{CH4}$ molécula. Los orbitales son simplemente una herramienta matemática, una base, utilizados para describir el orbitales moleculares de la molécula de metano. Una explicación más profunda de la que se puede encontrar aquí.
Ok, así que no hay movimiento de electrones de un orbital a otro cuando la formación de enlaces. Pero, ¿qué acerca de su pregunta sobre el cambio de los electrones? Así, los electrones son indistinguibles de las partículas. Esto significa que si usted tiene dos electrones, uno a la izquierda y uno a la derecha, se puede intercambiar ellos sin notar una diferencia en el conjunto del sistema: todavía tiene la misma energía, el mismo impulso, la misma función de onda, etc. Tomemos el ejemplo de litio: el litio tiene dos electrones 1s y un electrón 2s, por lo que tres de los electrones en total. Si desea que la etiqueta de los electrones con los nombres de Pedro, Pablo, y María no se podía decir si Pedro y Pablo están dando vueltas en el orbital 1s, mientras que María tiene un buen tiempo en el orbital 2s o si Peter y Mary divertirse en el orbital 1s, mientras que Paul se sienta solo en el orbital 2s debido a que los electrones son indistinguibles. Ambas situaciones sería absolutamente lo mismo. Por lo tanto, incluso si dos electrones iba a cambiar su orbital "posiciones", que realmente no podía decirle.
Un punto que podría aumentar la confusión es que no es todavía el principio de exclusión de Pauli, diciendo que dos electrones tener el mismo giro no pueden ocupar el mismo orbital. Pero que es un asunto totalmente diferente que no tiene nada que ver con Peter, Paul y Mary - para permanecer en la imagen. No se puede decir de Pedro y Pablo son tanto spin-up y María es spin-abajo, así que san Pedro y san Pablo nunca pueden estar juntos en el orbital 1s y uno de ellos siempre está en pareja con María. La única cosa que se puede decir es que entre Pedro, Pablo, y María debe tener dos con spin-up y uno con spin-down (de dos spin-abajo y de un spin-up sería equivalente). Pero no todos pueden estar de spin-up (al menos no en el terreno del estado de $\ce{Li}$) porque entonces tendría dos electrones con el mismo espín en el orbital 1s lo cual está prohibido por el principio de exclusión de Pauli.
