El electrón: orbital atómico, mecánica cuántica sin fórmulas

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El electrón

La partícula más importante y representativa en química es el electrón, que cumple una función fundamental en las interacciones entre átomos. Para poder entender los fenómenos químicos debemos entender antes que nada, qué es un electrón, dónde se encuentra y cómo se comporta.
Como vimos anteriormente, el electrón es uno de los principales componentes del átomo. Generalmente cuando nos dicen que el electrón gira alrededor del núcleo, nos imaginamos una especie de bola solida que gira alrededor del núcleo, análogamente a como lo hace la tierra alrededor del sol. Esta figura que nos creamos mentalmente, tiene 2 errores; el primero es sobre la forma y consistencia del electrón, que para nada se parece a un sólido, y el segundo error tiene que ver con la posición: el electrón no gira en orbitas, como lo hacen los planetas.

La mecánica cuántica nos ha permitido entender la naturaleza y el comportamiento del electrón y de demostrar con cálculos matemáticos la validez de tal definición. El electrón, al igual que la luz, se comporta como una partícula y como una onda (onda electromagnética). De aquí en adelante, tendremos siempre en cuenta esta dualidad de comportamiento del electrón. Evidencias experimentales han permitido establecer que el electrón a veces se comporta como onda y a veces se comporta como partícula, dependiendo del experimento que llevemos a cabo. Si queremos ver el comportamiento del electrón como partícula, el electrón se comportará consecuentemente y no podremos observar su comportamiento ondulatorio y viceversa.

¿Dónde se encuentra el electrón realmente?

El electrón se mueve en diferentes orbitales que se encuentran en determinados subniveles y niveles de energía. Es de fundamental importancia no confundir orbital con orbita. El orbital, a diferencia de una orbita, no es una trayectoria definida, sino que consiste en una zona del átomo en donde es más probable encontrar un electrón. Por qué hablamos de probabilidad? Porque según el físico alemán Werner Heisenberg y su homónimo principio de incertidumbre (o principio de indeterminación de Heisenberg), no es posible conocer con exactitud la posición y la velocidad de un electrón. Cuanto más precisa es la medida de una de las dos variables, es menos posible determinar la otra magnitud.

Para comprender mejor este concepto, Heisenberg lo explico con un fácil razonamiento teórico:

El principio de indeterminación o de incertidumbre de Heisenberg dice que si conocemos con gran precisión la posición de un electrón, no es posible determinar la velocidad o el momento del electrón. Si quisiéramos «ver» el electrón es necesario que la luz golpee el electrón y vuelva hacia el instrumento de medición. Supongamos que usamos la partícula de luz mas pequeña disponible: un fotón. Por más pequeño que sea el fotón, al momento de la colisión, si bien nos permitirá saber en que posición se encontraba este ultimo, modificará la velocidad y el momento del electrón. Por esta razón, es que se habla de probabilidad, a menor indeterminación, mayor probabilidad. Existen zonas en donde hay más probabilidad de encontrar un electrón, por ende, dicha zona es electrónicamente más densa. La zona apenas mencionada, se la llama orbital atómico.

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