lunes, 14 de marzo de 2011

Cómo es un átomo

Tras el modelo atómico de Bohr (el que la gente tiene en la cabeza y data de 1913), la física exploró las propiedades y consecuencias de ese modelo.

La mejora del modelo atómico de Bohr propuesta por LeBroglie, consistió en que los electrones/ondas podían estar en diferentes órbitas (el electrón no es una pelota, sino que se comporta como una onda es lo que se llama dualidad onda-partícula). Esas órbitas están definidas por múltiplos de la longitud de onda del electrón. Pongo un dibujo para verlo mejor:


Sea lambda (λ) la longitud de onda del electrón, los electrones tendrán órbitas de circunferencia λ, 2λ, 3λ, etc., con centro en el núcleo atómico. Los electrones no pueden orbitar por donde quieren.

Erwin Schrödinger, físico austríaco famoso por su gato, añadió (1926) a este modelo que las órbitas podían estar en tres dimensiones (desarrollo la mecánica cuántica no relativista). Ojo, cuando digo que un físico añade cosas a un modelo, me refiero a que tuvo que hincar codos durante meses y luego enfrentarse a sus colegas defendiendo su posición. Se tarda tiempo en aceptar una revisión de un modelo. Sobre todo cuando hablamos de átomos, que son más pequeños que la longitud de onda de la luz visible (jamás veremos un átomo).

El modelo atómico de Schrödinger se podía aplicar a todos los elementos químicos de la naturaleza. Claro que al ser un modelo cuántico, el común de los mortales deja de entenderlo muy bien. Resulta que el núcleo atómico es pequeñito y alberga prácticamente toda la masa del átomo. Los electrones no son pelotitas, sino nubes de probabilidad (no sabemos dónde están, indeterminación). Al menos, como todo el modelo se basa en el átomo de hidrógeno (un solo electrón), a partir de él sí podemos conocer masas y energías, pero no es el propósito de esta entrada meternos ahí.

El hecho de que las características de los electrones sean cuánticas, lo reflejamos en números cuánticos (que determinan las formas de las nubes y definen los estados de los electrones). En la siguiente imagen podemos ver un ejemplo de distintas formas de nubes-de-probabilidades-de-localización-de-electrones, con centro en el núcleo atómico:


En lugar de llamarles nubes de probabilidades, les llamaremos orbitales. Por tanto, un orbital es donde se sitúa un electrón. A su vez, un electrón arrastra un momento cinético definido por otro número cuántico, el spin. Dos electrones con diferente spin pueden compartir orbital.

La regla de oro es que dos electrones no pueden tener iguales todos los números cuánticos.

Como se aplican los números cuánticos a todos los elementos químicos, tenemos una herramienta para definir la arquitectura de cualquier átomo.

Ahora que sabemos cómo es un átomo, en una siguiente entrada veremos qué átomos hay (o puede haber aunque no haya) y cómo se relacionan entre sí.

4 comentarios:

pepeblai 15 marzo, 2011  

Si no recuerdo mal, la representación de los orbitales no es muy realista porque sólo se está representando la parte angular de la función de ondas.
De hecho, la representación tiene un aspecto muy determinista, y parece que el electrón está en sitios muy concretos. Y no es así.

Una representación más realista es mediante una nube de puntos que incluya la parte radial.

Aquí hay un applet que muestra la densidad de probabilidad para el átomo de H:

http://www.phy.davidson.edu/stuhome/cabell_f/density.html

¡Como hecho de menos estudiar física cuántica! (sin coña)

Pablo 15 marzo, 2011  

Los globos que se ven en la imagen se suponen que son nubes. Es una representación sin ánimo de ser exhaustiva.

pepeblai 15 marzo, 2011  

En efecto, sirve para hacerse una idea, pero en realidad no representa la función de onda completa porque le falta la parte radial (chuminadas, es cierto).

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