Mecánica cuántica y orbitales atómicos Ing. Carmen López Castro

En 1926 el físico austriaco Erwin Schrödinger, que incorpora los comportamientos tanto ondulatorio como de partícula del electrón. El trabajo de Schrödinger inició una nueva forma de tratar las partículas subatómicas conocida como mecánica cuántica o mecánica ondulatoria. La aplicación de la ecuación Schrödinger requiere cálculo avanzado, y no nos ocuparemos de los detalles de este enfoque. Lo que haremos será considerar cualitativamente los resultados que obtuvo, pues ofrecen una nueva y potente forma de visualizar la estructura electrónica. Comencemos por examinar la estructura electrónica del átomo más simple, el del hidrógeno. Mecánica cuántica y orbitales atómicos

La resolución de la ecuación Schrödinger da lugar a una serie de funciones matemáticas llamadas funciones de onda que por lo regular se representan con el símbolo Ψ (la letra griega minúscula psi). Aunque la función de onda misma no tiene significado físico directo, el cuadrado de la función de onda, Ψ 2, proporciona información acerca de la ubicación de un electrón cuando está en un estado de energía permitido. En el caso del átomo de hidrógeno, las energías permitidas son las mismas que las predichas por el modelo de Bohr. Sin embargo, el modelo de Bohr supone que el electrón está en una órbita circular con cierto radio alrededor del núcleo. En el modelo de la mecánica cuántica, la ubicación del electrón no se puede describir con tanta sencillez.

El principio de la incertidumbre sugiere que si conocemos el momento del electrón con gran exactitud, nuestro conocimiento de su posición es muy incierto. Por tanto, no es realista querer especificar la ubicación de un electrón individual alrededor del núcleo. Más bien, debemos contentarnos con un conocimiento estadístico. Así, en el modelo de la mecánica cuántica hablamos de la probabilidad de que el electrón esté en cierta región del espacio en un instante dado. De hecho, el cuadrado de la función de onda, Ψ 2, en un punto dado del espacio representa la probabilidad de que el electrón se encuentre en ese lugar. Por esta razón, llamamos a Ψ 2 la densidad de probabilidad.

Una forma de representar la probabilidad de encontrar un electrón en diversas regiones de un átomo se muestran en la figura. En esta figura la densidad de los puntos representa la probabilidad de encontrar el electrón. Las regiones con una densidad alta de puntos corresponden a valores relativamente grandes de Ψ 2. La densidad electrónica es otra forma de expresar la probabilidad: decimos que las regiones en las que es muy probable encontrar electrones son regiones de alta densidad electrónica.