Química: el principio de incertidumbre y la física cuántica

“… la existencia de la incertidumbre no tiene por qué ser una fuente de humillación para la ciencia… Si una incertidumbre pequeña, pero crucial, es parte del tejido del universo, es un tributo a los científicos haber descubierto el hecho”. –Isaac Asimov

El principio de incertidumbre

En 1927, Werner Heisenberg propuso desde un punto de vista puramente teórico que era imposible conocer simultáneamente la posición y el momento del electrón. Esta idea, que se conoció como el principio de incertidumbre, se ocupaba de la probabilidad de la posición de un electrón en una región del espacio en lugar de su posición exacta.

El principio de incertidumbre fue difícil de aceptar para muchos científicos. Si aceptaban esta idea de incertidumbre, significaba que el hombre no era capaz de todos los conocimientos y que la ciencia podría no ser capaz de explicarlo todo. Pero, ni siquiera Einstein pudo encontrar una razón adecuada para no aceptar la nueva idea.

En vista del principio de incertidumbre, Max Born, en 1928, sugirió que las soluciones a la ecuación de onda de Schrödinger se tomaran como una descripción de la probabilidad de encontrar electrones en ciertas áreas del espacio. Estas soluciones en forma de números se llaman números cuánticos.

Los números cuánticos no solo describen estados de energía cuantizados específicos para el electrón, sino también un conjunto de probabilidades para la posición del electrón en un nivel de energía dado. Estas posiciones probables conocidas como orbitales atómicos se refieren a una región en el espacio donde se puede encontrar un electrón, mientras que una órbita es un camino definido en el espacio. Dado que el orbital no tiene límites definidos, a veces se lo denomina nube de electrones.

Tres de los números cuánticos provienen directamente de la ecuación de Schrödinger. Posteriormente, Paul Dirac añadió un cuarto número cuántico para explicar los efectos de la relatividad. Juntos, estos cuatro números cuánticos se pueden usar para describir la ubicación probable de cada electrón. Más importante aún, los números cuánticos pueden describir las configuraciones electrónicas (arreglos electrónicos) en todos los átomos.