Nivel enerxéticu

En mecánica cuántica, un nivel enerxéticu ye un estáu (o conxuntu d'estaos) nel que la so enerxía ye unu de los valores posibles del operador hamiltonianu, y polo tanto'l so valor d'enerxía ye un valor propiu de dichu operador. Matemáticamente los estaos d'un ciertu nivel enerxéticu son funciones propies del mesmu hamiltonianu.

Niveles enerxéticos atómicos

En química y teoría atómica pártese del fechu de que los electrones que formen parte del átomu tán distribuyíos en "capes" o niveles enerxéticos. En función de la capa qu'ocupe un electrón tien una o otra enerxía d'ehí que se diga qu'ocupa una capa de ciertu nivel enerxéticu. La esistencia de capes débese a dos fechos: el principiu d'esclusión de Pauli que llenda'l númberu d'electrones per capa, y el fechu de que namái ciertos valores de la enerxía tán permitíos (téunicamente estos valores coinciden colos autovalores del operador hamiltonianu cuánticu que describe la dinámica de los electrones qu'interaicionen electromagnéticamente col nucleu atómicu).

Magar qu'un electrón nun pue adoptar cualesquier mena d'enerxía sinón namái unes determinaes asociaes a los niveles enerxéticos de cada átomu, sí ye posible, si s'apurre enerxía a los electrones, qu'estos "salten" a otros niveles d'enerxía cimeros, pasando l'átomu a tar nun estáu escitáu. La electrodinámica cuántica implica qu'estos estaos escitaos del átomu, onde un electrón ocupa un nivel enerxéticu altu esistiendo güecos nos niveles inferiores son inestables, polo qu'al cabu d'unos instantes l'electrón "decai" a niveles más baxos y emite la enerxía sobrante en forma de fotones. Cuando un electrón pasa d'un nivel enerxéticu con enerxía Y1 a unu con enerxía menor Y2 la frecuencia del fotón emitíu vien dada por:

$\nu ={\frac {E_{1}-E_{2}}{h}}$

onde h ye la llamada constante de Planck.

Más téunicamente en mecánica cuántica les capes modelícense como orbitales atómicos que son distribuciones de carga llétrica nel espaciu, nos que la so forma exauta depende de los detalles del modelu atómicu de Schrödinger que ta formáu por soluciones exautes de la llamada ecuación de Schrödinger. Nel modelu de Schrödinger y otros anteriores la estructura de capes electróniques o orbitales ye lo qu'esplica la reactividá del átomu y los tipos de combinaciones (compuestos) qu'ésti átomu pue formar. En ciertes situaciones físiques el modelu atómicu de Schrödinger ye inexautu y por exemplu nun pue esplicar la estructura final del espectru, nesos casos frecuentemente requierse la considerancia del espín electrónicu y l'usu de la ecuación relativista de Dirac anque la mayor parte de les aplicaciones a la química pueden ser descrites per aciu del modelu de Schrödinger que ye daqué más simple.

Un orbital atómicu vien representáu por una función matemática que describe la distribución de probabilidá d'ún o dos electrones nun átomu, dicha función ye una función propia del hamiltonianu del átomu hidroxenoide. Un orbital molecular ye análogu, pero pa molécules.

Niveles enerxéticos moleculares

Les mesmes idees usaes pa esplicar l'espectru d'emisión y absorción de los átomos puen ser aplicaes a molécules. Bien informalmente puede dicise qu'una molécula ye una configuración estable d'átomos que comparten orbitales atómicos. Los niveles enerxéticos d'una molécula tamién puen describise per aciu d'un hamiltonianu cuánticu, anque equí'l cálculu de los niveles enerxéticos resulta muncho más complicáu matemáticamente y con frecuencia recúrrese a aproximamientos numbéricos, pa predicir los niveles enerxéticos. D'especial importancia son los niveles enerxéticos del HOMO (orbital molecular más altu ocupáu) y del LUMO (orbital molecular más baxu vacíu).

Les distintes espectroscopies estudien transiciones ente niveles de distintes enerxíes. La espectroscopia infrabermeya, por exemplu, estudia transiciones ente niveles enerxéticos de vibración molecular, mentes que la espectroscopia ultravioleta-visible estudia transiciones electróniques y la espectroscopia Mössbauer ocúpase de transiciones nucleares.

Pa una descripción y comprensión detallaes de les reaiciones químiques y de les propiedaes físiques de les distintes sustancies, ye bien útil la so descripción al traviés d'orbitales, con ayuda de la mecánica cuántica.

Referencies

de la Peña, Luis (2006). Introducción a la mecánica cuántica (3 edición). Méxicu, D. F.: Fondu de Cultura Económica. ISBN 968-16-7856-7.
Galindo, A. y Pascual P.: Mecánica cuántica, Ed. Eudema, Barcelona, 1989, ISBN 84-7754-042-X.

Referencies

Enllaces esternos

Videu Niveles d'Enerxía d'un átomu